RU2632298C2 - Method for fibrous blank manufacturing - Google Patents

Method for fibrous blank manufacturing Download PDF

Info

Publication number
RU2632298C2
RU2632298C2 RU2015116163A RU2015116163A RU2632298C2 RU 2632298 C2 RU2632298 C2 RU 2632298C2 RU 2015116163 A RU2015116163 A RU 2015116163A RU 2015116163 A RU2015116163 A RU 2015116163A RU 2632298 C2 RU2632298 C2 RU 2632298C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
bundles
tow
reinforcing fibers
manufacturing
laying
Prior art date
Application number
RU2015116163A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2015116163A (en
Inventor
Маркус ШНАЙДЕР
Бьерн ЛЕМХАУС
Original Assignee
Тохо Тенакс Ойропе Гмбх
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Тохо Тенакс Ойропе Гмбх filed Critical Тохо Тенакс Ойропе Гмбх
Publication of RU2015116163A publication Critical patent/RU2015116163A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2632298C2 publication Critical patent/RU2632298C2/en

Links

Images

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29BPREPARATION OR PRETREATMENT OF THE MATERIAL TO BE SHAPED; MAKING GRANULES OR PREFORMS; RECOVERY OF PLASTICS OR OTHER CONSTITUENTS OF WASTE MATERIAL CONTAINING PLASTICS
    • B29B11/00Making preforms
    • B29B11/14Making preforms characterised by structure or composition
    • B29B11/16Making preforms characterised by structure or composition comprising fillers or reinforcement
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29CSHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C41/00Shaping by coating a mould, core or other substrate, i.e. by depositing material and stripping-off the shaped article; Apparatus therefor
    • B29C41/02Shaping by coating a mould, core or other substrate, i.e. by depositing material and stripping-off the shaped article; Apparatus therefor for making articles of definite length, i.e. discrete articles
    • B29C41/08Coating a former, core or other substrate by spraying or fluidisation, e.g. spraying powder
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29CSHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C31/00Handling, e.g. feeding of the material to be shaped, storage of plastics material before moulding; Automation, i.e. automated handling lines in plastics processing plants, e.g. using manipulators or robots
    • B29C31/04Feeding of the material to be moulded, e.g. into a mould cavity
    • B29C31/042Feeding of the material to be moulded, e.g. into a mould cavity using dispensing heads, e.g. extruders, placed over or apart from the moulds
    • B29C31/044Feeding of the material to be moulded, e.g. into a mould cavity using dispensing heads, e.g. extruders, placed over or apart from the moulds with moving heads for distributing liquid or viscous material into the moulds
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29CSHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C70/00Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts
    • B29C70/04Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts comprising reinforcements only, e.g. self-reinforcing plastics
    • B29C70/28Shaping operations therefor
    • B29C70/54Component parts, details or accessories; Auxiliary operations, e.g. feeding or storage of prepregs or SMC after impregnation or during ageing
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29DPRODUCING PARTICULAR ARTICLES FROM PLASTICS OR FROM SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE
    • B29D99/00Subject matter not provided for in other groups of this subclass
    • B29D99/0078Producing filamentary materials
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29CSHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C2793/00Shaping techniques involving a cutting or machining operation
    • B29C2793/0081Shaping techniques involving a cutting or machining operation before shaping
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29CSHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C70/00Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts
    • B29C70/04Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts comprising reinforcements only, e.g. self-reinforcing plastics
    • B29C70/28Shaping operations therefor
    • B29C70/30Shaping by lay-up, i.e. applying fibres, tape or broadsheet on a mould, former or core; Shaping by spray-up, i.e. spraying of fibres on a mould, former or core
    • B29C70/305Spray-up of reinforcing fibres with or without matrix to form a non-coherent mat in or on a mould
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29CSHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C70/00Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts
    • B29C70/04Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts comprising reinforcements only, e.g. self-reinforcing plastics
    • B29C70/28Shaping operations therefor
    • B29C70/30Shaping by lay-up, i.e. applying fibres, tape or broadsheet on a mould, former or core; Shaping by spray-up, i.e. spraying of fibres on a mould, former or core
    • B29C70/38Automated lay-up, e.g. using robots, laying filaments according to predetermined patterns
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29CSHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C70/00Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts
    • B29C70/04Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts comprising reinforcements only, e.g. self-reinforcing plastics
    • B29C70/28Shaping operations therefor
    • B29C70/54Component parts, details or accessories; Auxiliary operations, e.g. feeding or storage of prepregs or SMC after impregnation or during ageing
    • B29C70/545Perforating, cutting or machining during or after moulding
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29KINDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASSES B29B, B29C OR B29D, RELATING TO MOULDING MATERIALS OR TO MATERIALS FOR MOULDS, REINFORCEMENTS, FILLERS OR PREFORMED PARTS, e.g. INSERTS
    • B29K2063/00Use of EP, i.e. epoxy resins or derivatives thereof, as moulding material
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29KINDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASSES B29B, B29C OR B29D, RELATING TO MOULDING MATERIALS OR TO MATERIALS FOR MOULDS, REINFORCEMENTS, FILLERS OR PREFORMED PARTS, e.g. INSERTS
    • B29K2105/00Condition, form or state of moulded material or of the material to be shaped
    • B29K2105/06Condition, form or state of moulded material or of the material to be shaped containing reinforcements, fillers or inserts
    • B29K2105/12Condition, form or state of moulded material or of the material to be shaped containing reinforcements, fillers or inserts of short lengths, e.g. chopped filaments, staple fibres or bristles
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29KINDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASSES B29B, B29C OR B29D, RELATING TO MOULDING MATERIALS OR TO MATERIALS FOR MOULDS, REINFORCEMENTS, FILLERS OR PREFORMED PARTS, e.g. INSERTS
    • B29K2105/00Condition, form or state of moulded material or of the material to be shaped
    • B29K2105/25Solid
    • B29K2105/253Preform

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Composite Materials (AREA)
  • Robotics (AREA)
  • Reinforced Plastic Materials (AREA)
  • Processing And Handling Of Plastics And Other Materials For Molding In General (AREA)
  • Casting Or Compression Moulding Of Plastics Or The Like (AREA)
  • Nonwoven Fabrics (AREA)

Abstract

FIELD: technological processes.
SUBSTANCE: method for manufacturing a fibrous blank by laying bundles of reinforcing fibers on a surface and/or bundles of reinforcing fibers layed on surface includes a stage for supplying endless reinforcing fiber bundle in the form of ribbon-shaped tow and provided with a binder from a feeder to a laying head, and said ribbon-shaped tow having tow width of at least 5 mm and binder concentration in the range of 2 to 70 wt % relative to the weight of the ribbon-shaped tow. Spreading of the endless ribbon-shaped tow in a spreading unit located on the laying head and transporting the tow to the transportation direction by means of a first transportation device arranged on the laying head to a longitudinal separation device located on the laying head. When the tow is stabilised in a direction transverse to the transportation direction, the tow is cut in the longitudinal separation device along its longitudinal extension by means of a dividing element into two or more pieces of the tow. Transportation of the tow pieces in the transportation direction by means of a second transport device located on the laying head to the transverse separation unit located on the laying head. The tow pieces are cut by means of a lateral separation unit into bundles of reinforcing fibers of a certain length. The bundles of reinforcing fibers are stacked on the surface and/or on bundles of reinforcing fibers laid on the surface and secured to form the fibrous blank. At that, a relative movement for laying is set between the laying head and the surface.
EFFECT: increase of fiber volume fraction in fibrous blanks.
18 cl, 3 dwg

Description

Изобретение касается способа изготовления волокнистой заготовки путем укладки пучков упрочняющих волокон на поверхность и/или на уложенные на поверхность пучки упрочняющих волокон. Изобретение касается также способа изготовления конструктивного элемента из волокнистого композитного материала с использованием изготовленной таким образом волокнистой заготовки.The invention relates to a method for manufacturing a fiber preform by laying bundles of reinforcing fibers on a surface and / or on bundles of reinforcing fibers laid on a surface. The invention also relates to a method for manufacturing a structural member from a fibrous composite material using a fibrous preform thus manufactured.

В частности в области авиационной и космической промышленности, а также, например, в области машиностроения или в автомобильной промышленности в возрастающей мере применяются конструктивные элементы из волокнистых композитных материалов. Волокнистые композитные материалы, по сравнению с металлом, часто обладают преимуществом более низкого веса и/или более высоких прочностей. Объемная доля упрочняющих волокон и, в частности, также ориентация упрочняющих волокон имеют решающее влияние на нагрузочную способность конструктивных элементов, прежде всего в отношении их жесткости и их прочности. Впрочем, такого рода высоко нагружаемые материал и конструктивные элементы все же должны обладать возможностью оптимального по стоимости изготовления, чтобы быть экономически привлекательными.In particular, in the field of aviation and space industry, as well as, for example, in the field of mechanical engineering or in the automotive industry, structural elements from fiber composite materials are increasingly used. Fibrous composite materials, in comparison with metal, often have the advantage of lower weight and / or higher strengths. The volume fraction of the reinforcing fibers and, in particular, also the orientation of the reinforcing fibers have a decisive influence on the load capacity of structural elements, especially with regard to their stiffness and their strength. However, this kind of highly loaded material and structural elements must still have the possibility of optimal manufacturing cost in order to be economically attractive.

Для изготовления таких конструктивных элементов из композитного материала в промежуточном этапе сначала из упрочняющих волокон изготавливаются так называемые волокнистые заготовки («преформы»). При этом речь идет о текстильных полуфабрикатах в виде двух- или трехмерных образований из упрочняющих волокон, при этом форма может уже практически соответствовать форме окончательного конструктивного элемента. В вариантах осуществления таких волокнистых заготовок, которые по существу состоят только из упрочняющих волокон и у которых еще по меньшей мере в значительной степени отсутствует требуемый для изготовления конструктивных элементов компонент матрицы, в следующих этапах в волокнистую заготовку посредством вливания или впрыска, также с применением вакуума, вводится надлежащий матричный материал. Затем происходит отверждение матричного материала, как правило, при повышенных температурах и давлениях, с получением готового конструктивного элемента. При этом известными способами вливания или впрыска матричного материала являются так называемый Liquid Molding (способ LM) - заливка жидкостью - или родственные ему способы, такие как, например, Resin Transfer Molding (RTM) - трансферное формование, Vakuum Assisted Resin Transfer Molding (VARTM) - трансферное формование под вакуумом, Resin Film Infusion (RFI) - пропитка пленочными связующими, Liquid Resin Infusion (LRI) - пропитка жидкой смолой - или Resin Infusion Flexible Tooling (RIFT) - пропитка смолой с помощью мембраны. Применяемый для изготовления волокнистых заготовок волокнистый материал может быть также уже предварительно пропитан, например, небольшими количествами полимерного материала, т.е. связующего материала, для улучшения фиксации упрочняющих волокон в волокнистой заготовке. Такого рода предварительно пропитанные нити описываются, например, в WO 2005/095080.For the manufacture of such structural elements from a composite material in an intermediate stage, first the so-called fibrous preforms (“preforms”) are made from reinforcing fibers. In this case, we are talking about textile semi-finished products in the form of two- or three-dimensional formations of reinforcing fibers, while the shape may already practically correspond to the shape of the final structural element. In embodiments of such fibrous preforms, which essentially consist only of reinforcing fibers and which still have at least a substantial absence of the matrix component required for the manufacture of structural elements, in the next steps, by infusion or injection into the fibrous preform, also using vacuum, proper matrix material is introduced. Then the curing of the matrix material, as a rule, at elevated temperatures and pressures, with the receipt of the finished structural element. In this case, the known methods of infusion or injection of matrix material are the so-called Liquid Molding (LM method) - liquid filling - or related methods, such as, for example, Resin Transfer Molding (RTM) - transfer molding,Vakuum Assisted Resin Transfer Molding (VARTM) - transfer molding for vacuum Resin Film Infusion (RFI)-impregnation with film binders; Liquid Resin Infusion (LRI) - impregnation with liquid resin - or Resin Infusion Flexible Tooling (RIFT) - impregnation with resin using a membrane. The fibrous material used for the manufacture of fibrous preforms can also be pre-impregnated, for example, with small amounts of polymeric material, i.e. a binder material to improve the fixation of the reinforcing fibers in the fiber preform. Such pre-impregnated threads are described, for example, in WO 2005/095080.

Известны также способы, при которых конструктивные элементы из композитного материала изготавливаются из волокнистых заготовок, которые уже имеют достаточное для конструктивного элемента из композитного материала содержание матричного материала. В этих случаях эти волокнистые заготовки, например, в форме с применением повышенного давления и/или повышенной температуры могут подвергаться прямому прессованию с получением конструктивного элемента. Альтернативно вместо применения формы возможно также применение вакуумного мешка, в который вводится волокнистая заготовка и после подачи вакуума и, как правило, при повышенной температуре прессуется с получением конструктивного элемента. Достаточное для конструктивного элемента содержание матричного материала может достигаться, например, когда волокнистая заготовка изготавливается из пучков упрочняющих волокон, которые были изготовлены из препрегов с соответствующим содержанием матрицы. Альтернативно при укладке, например, пучков упрочняющих волокон для образования волокнистой заготовки дополнительный матричный материал может, например, напыляться при укладке.Methods are also known in which structural elements from a composite material are made from fiber preforms that already have a matrix material content sufficient for a structural element from a composite material. In these cases, these fibrous preforms, for example, in the form using elevated pressure and / or elevated temperature, can be directly pressed to obtain a structural element. Alternatively, instead of applying the mold, it is also possible to use a vacuum bag into which the fiber preform is inserted, and after applying the vacuum and, as a rule, is pressed at elevated temperature to obtain a structural element. A sufficient content of the matrix material for the structural element can be achieved, for example, when the fiber preform is made from bundles of reinforcing fibers that were made from prepregs with the corresponding matrix content. Alternatively, when laying, for example, bundles of reinforcing fibers to form a fiber preform, additional matrix material may, for example, be sprayed during laying.

Для изготовления волокнистых заготовок из пучков упрочняющих волокон часто применяются автоматизированные процессы, в которых пучки волокон посредством управляемых укладочных головок или устройств для укладки волокон укладываются на или, соответственно, в соответствующие формы, при этом укладка может также осуществляться путем напыления пучков волокон на или соответственно в формы. Как правило, при этом к укладочным головкам подводится бесконечная нить из упрочняющих волокон, которая затем в укладочной головке или, соответственно, в устройстве для укладки волокон посредством надлежащих режущих устройств подвергается поперечному разделению на желаемую длину пучка. Такого рода укладочные головки, снабженные устройством поперечного разделения жгутов волокон, описываются, например, в WO 2011/045171 или US-A 3011257.For the manufacture of fiber preforms from reinforcing fiber bundles, automated processes are often used in which the fiber bundles are laid on or, respectively, in appropriate forms by means of controlled laying heads or devices for laying fibers, while laying can also be carried out by spraying fiber bundles onto or respectively forms. As a rule, in this case, an endless thread of reinforcing fibers is fed to the laying heads, which is then transversely divided into the desired length of the bundle in the laying head or, accordingly, in the apparatus for laying the fibers by means of appropriate cutting devices. Such laying heads equipped with a transverse separation device for fiber tows are described, for example, in WO 2011/045171 or US-A 3011257.

Волокнистые заготовки могут, например, изготавливаться таким образом, что коротко нарезанные упрочняющие волокна вместе со связующим материалом напыляются на адаптированный к конфигурации желаемой волокнистой заготовки, воздухопроницаемый экран и диспергируются, и при подаче вакуума удерживаются на экране, пока после охлаждения связующего материала не будет достигнута достаточная устойчивость заготовки. Такого рода способ описывается, например, в WO 98/22644. В способе WO 98/22644 упрочняющие волокна предпочтительно в виде коротко нарезанных волокон располагаются в случайном, изотропном порядке и ориентации. В соответствии с примерами WO 98/22644 достигаются объемные доли волокон только в пределах приблизительно до 15 об.%, и при этом из-за низких объемных долей волокон только сравнительно небольшие прочности конструктивных элементов относительно толщины.Fibrous preforms can, for example, be made in such a way that short-cut reinforcing fibers, together with a binder, are sprayed onto an adapted to the desired fiber preform configuration, the breathable screen is dispersed, and when vacuum is applied, they are kept on the screen until after the binder has cooled, sufficient workpiece stability. Such a method is described, for example, in WO 98/22644. In the method of WO 98/22644, reinforcing fibers, preferably in the form of short cut fibers, are arranged in a random, isotropic order and orientation. In accordance with examples WO 98/22644, volume fractions of fibers are achieved only up to about 15 vol%, and due to the low volume fractions of fibers, only relatively small strengths of structural elements with respect to thickness are achieved.

Чтобы достичь более высоких объемных долей волокон в преформах или, соответственно, изготовленных из них конструктивных элементах, в соответствии с вариантами осуществления WO 2012/072405 предпочтительно укладывать коротко нарезанные волокна в виде пучков упрочняющих волокон, причем эти пучки волокон предпочтительно имеют длину в пределах от 10 до 50 мм. Кроме того, с точки зрения наиболее высоки возможных объемных долей волокон и вместе с тем достижимых механических свойств предпочтительно, если пучки имеют наименьшее возможное количество филаментов упрочняющих волокон, при этом особенно предпочтительным является количество от 1000 до 3000 филаментов. Таким образом возникает практически изотропный материал, имеющий в направлениях своей протяженности практически изотропные механические свойства. Одновременно этот материал вследствие относительно небольших разметов пучка не имеет или имеет только небольшие области с повышенной долей смолы и при этом сниженной долей упрочняющих волокон, которые могут приводить к слабым местам в конструктивном элементе. Легко можно понять, что применение пучков упрочняющих волокон, имеющих такие низкие титры, т.е. такие низкие количества филаментов, приводит к повышенным затратам, в частности также из-за использования относительно дорогостоящих исходных материалов. Но с другой стороны, применение пучков волокон, имеющих грубые титры, т.е. пучков волокон, имеющих большое количество филаментов упрочняющих волокон, хотя и является более дорогостоящим, однако, как указывалось, реализация высоких объемных долей волокон при этом невозможна или возможна только с трудом.In order to achieve higher fiber volume fractions in the preforms or structural elements made from them, it is preferable in accordance with embodiments WO 2012/072405 to lay shortly cut fibers in the form of bundles of reinforcing fibers, these fiber bundles preferably having a length ranging from 10 up to 50 mm. In addition, from the point of view of the highest possible volumetric fractions of fibers and at the same time achievable mechanical properties, it is preferable if the bundles have the smallest possible number of filaments of reinforcing fibers, with an amount of from 1000 to 3000 filaments being particularly preferred. Thus, an almost isotropic material arises that has practically isotropic mechanical properties in the directions of its length. At the same time, due to relatively small dimensions of the beam, this material does not have or has only small areas with an increased proportion of resin and at the same time a reduced proportion of reinforcing fibers, which can lead to weak spots in the structural element. It is easy to understand that the use of bundles of reinforcing fibers having such low titers, i.e. such low amounts of filaments, leads to increased costs, in particular also due to the use of relatively expensive starting materials. But on the other hand, the use of bundles of fibers having rough titers, i.e. fiber bundles having a large number of filaments of reinforcing fibers, although it is more expensive, however, as indicated, the realization of high volume fractions of fibers is impossible or only possible with difficulty.

Поэтому существует потребность в автоматизируемом способе изготовления волокнистой заготовки, посредством которого возможно оптимальное по стоимости изготовление волокнистых заготовок при достижении высоких объемных долей волокон в волокнистых заготовках или соответственно изготовленных из них конструктивных элементах из композитного материала.Therefore, there is a need for an automated method for manufacturing a fiber preform, by which it is possible to produce fiber preforms at a cost-effective manner when high fiber volumes are achieved in the fiber preforms or structural elements made of composite material made accordingly.

Поэтому задачей настоящего изобретения является предложить такого рода способ изготовления волокнистой заготовки.Therefore, it is an object of the present invention to provide such a method for manufacturing a fiber preform.

Предлагаемая изобретением задача решается с помощью способа изготовления волокнистой заготовки путем укладки пучков упрочняющих волокон на поверхность и/или на уложенные на поверхность пучки упрочняющих волокон, причем этот способ включает в себя этапы:The problem proposed by the invention is solved by a method for manufacturing a fiber preform by laying bundles of reinforcing fibers on the surface and / or on bundles of reinforcing fibers laid on the surface, this method comprising the steps of:

- подвод по меньшей мере одного бесконечного, имеющего форму ленточки жгута упрочняющих волокон, снабженных связующим, причем этот по меньшей мере один жгут имеет ширину жгута по меньшей мере 5 мм и концентрацию связующего в пределах от 2 до 70 вес. % относительно веса имеющего форму ленточки жгута;- the supply of at least one endless ribbon-shaped tow of reinforcing fibers provided with a binder, and this at least one tow has a tow width of at least 5 mm and a binder concentration in the range of 2 to 70 weight. % relative to the weight of the ribbon-shaped tow;

- расправление указанного по меньшей мере одного бесконечного, имеющего форму ленточки жгута в расположенном на укладочной головке расправочном узле и транспортировка указанного по меньшей мере одного жгута в направлении транспортировки посредством расположенного на укладочной головке первого транспортировочного устройства к расположенному на укладочной головке устройству продольного разделения;- straightening said at least one endless ribbon-shaped tow in a spacer assembly located on the stacking head and transporting said at least one tow in the transport direction by means of the first transport device located on the stacking head to the longitudinal separation device located on the stacking head;

- при этом стабилизация указанного по меньшей мере одного жгута в направлении поперек к направлению транспортировки;- while stabilizing the specified at least one tow in a direction transverse to the direction of transportation;

- разрезание указанного по меньшей мере одного жгута в устройстве продольного разделения по его продольной протяженности посредством по меньшей мере одного разделительного элемента на две или более частей жгута;- cutting said at least one tow in a longitudinal separation device along its longitudinal extent by means of at least one dividing element into two or more parts of the tow;

- транспортировка частей жгута посредством расположенного на укладочной головке второго транспортировочного устройства к расположенному на укладочной головке узлу поперечного разделения;- transportation of the tow parts by means of a second conveying device located on the stacking head to a transverse separation unit located on the stacking head;

- разрезание частей жгута посредством узла поперечного разделения на пучки упрочняющих волокон определенной длины; и- cutting the parts of the bundle by means of a transverse separation unit into bundles of reinforcing fibers of a certain length; and

– укладка пучков упрочняющих волокон на поверхность и/или на уложенные на поверхность пучки упрочняющих волокон и фиксация пучков упрочняющих волокон на поверхности и/или на уложенных на поверхность пучках упрочняющих волокон для образования волокнистой заготовки, при этом между укладочной головкой и поверхностью устанавливается относительное движение для укладки пучков упрочняющих волокон на поверхность с учетом нагрузки.- laying the bundles of reinforcing fibers on the surface and / or on the bundles of reinforcing fibers laid on the surface and fixing the bundles of reinforcing fibers on the surface and / or on the bundles of reinforcing fibers laid on the surface to form a fiber preform, while a relative movement is established between the laying head and the surface for laying bundles of reinforcing fibers on the surface, taking into account the load.

Посредством предлагаемого изобретением способа возможно оптимальное по стоимости изготовление волокнистых заготовок из пучков упрочняющих волокон, т.е. из пучков из упрочняющих волокон с низким количеством филаментов упрочняющих волокон при реализации высоких объемных долей волокон в волокнистой заготовке или соответственно изготовленном из нее конструктивном элементе из волокнистого композитного материала. При этом в качестве исходного материала могут применяться бесконечные, имеющие форму ленточек жгуты, например, в виде оптимальных по стоимости, имеющих грубые титры нити из упрочняющих волокон. Такие имеющих грубые титры нити из упрочняющих волокон посредством устройства продольного разделения могут сначала разделяться на несколько частей жгута по протяженности составляющих нити филаментов упрочняющих нитей, причем тогда отдельные части жгута имеют более низкое количество филаментов по сравнению с исходной нитью.By means of the method proposed by the invention, the production of fibrous preforms from bundles of reinforcing fibers, i.e. from bundles of reinforcing fibers with a low number of filaments of reinforcing fibers during the implementation of high volume fractions of fibers in a fiber preform or, accordingly, made from it a structural element of a fibrous composite material. At the same time, endless ribbon-shaped strands can be used as the starting material, for example, in the form of cost-effective bundles with coarse titers of threads made from reinforcing fibers. Such coarse-titled filaments of reinforcing fibers by means of a longitudinal separation device can first be divided into several parts of the bundle along the length of the filament constituent filaments of the reinforcing filaments, and then the individual parts of the bundle have a lower number of filaments compared to the original filament.

В качестве применяемых в предлагаемом изобретением способе упрочняющих волокон, которые образуют указанный по меньшей мере один имеющий форму ленточки жгут, используются предпочтительно углеродные, стеклянные или арамидные волокна или смеси этих волокон между собой или с термопластичными волокнами. Особенно предпочтительными являются углеродные волокна.As the reinforcing fibers used in the method according to the invention which form the at least one ribbon-shaped strand, preferably carbon, glass or aramid fibers or mixtures of these fibers with each other or with thermoplastic fibers are used. Particularly preferred are carbon fibers.

В одном из предпочтительных вариантов осуществления указанный по меньшей мере один бесконечный, имеющий форму ленточки жгут упрочняющих волокон, снабженных связующим, представляет собой филаментную нить, имеющую количество филаментов по меньшей мере 12000, которая расправлена в форме ленточки. Особенно предпочтительными являются такого рода филаментные нити, имеющие количество филаментов в пределах от 24000 до 50000. В случае, когда имеющий форму ленточки жгут упрочняющих волокон, снабженных связующим, представляет собой филаментную нить, концентрация связующего в одном из предпочтительных вариантов осуществления находится в пределах от 2 до 14 вес. %, а в одном из особенно предпочтительных вариантов осуществления в пределах от 3 до 7 вес. % относительно общего веса снабженной связующим филаментной нити.In one preferred embodiment, said at least one endless ribbon-shaped tow of reinforcing fibers provided with a binder is a filament yarn having at least 12,000 filaments that is flattened in the shape of a ribbon. Especially preferred are filaments of this kind having filaments ranging from 24,000 to 50,000. In the case where the ribbon-shaped strand of reinforcing fibers provided with a binder is a filament, the concentration of binder in one of the preferred embodiments is in the range of 2 up to 14 weight. %, and in one of the particularly preferred embodiments in the range from 3 to 7 weight. % relative to the total weight of the binder filament.

Тогда связующее может представлять собой состав для пропитки волокон, который обычно наносится на филаменты филаментной нити для достижения лучшей обрабатываемости и хорошего смыкания волокон, т.е. по меньшей мере частичного соединения филаментов между собой. Такого рода составы для пропитки часто основаны на эпоксидных смолах. Однако для предлагаемого изобретением способа требуется содержание, повышенное по сравнению с обычно применяемой концентрацией состава для пропитки, которое, как указывалось, предпочтительно лежит в пределах от 2 до 14 вес. % и особенно предпочтительно в пределах от 3 до 7 вес. % относительно общего веса снабженной связующим филаментной нити.Then, the binder can be a fiber impregnation composition, which is usually applied to the filaments of the filament yarn to achieve better processability and good adhesion of the fibers, i.e. at least partially connecting filaments to each other. Such impregnation formulations are often based on epoxy resins. However, the inventive method requires a content that is higher than the commonly used concentration of the impregnation composition, which, as indicated, preferably lies in the range from 2 to 14 weight. % and particularly preferably in the range from 3 to 7 weight. % relative to the total weight of the binder filament.

В качестве связующих возможны при этом термопластичные или неотвержденные или частично отвержденные термореактивные полимеры или же композиции этих полимеров. Надлежащими термореактивными полимерами являются, например, полиэтиленимин, полиэфиркетон, полиэфирэфиркетон, полифениленсульфид, полисульфон, полиэфирсульфон, полиэфирэфирсульфон, ароматичный полигидроксиэфир, термопластичные полиуретановые смолы или смеси этих полимеров. В качестве неотвержденных или частично отвержденных термореактивных полимеров возможны, например, эпоксиды, изоцианаты, феноловые смолы или ненасыщенные полиэфиры. При этом предпочтительно, если бесконечный, имеющий форму ленточки жгут упрочняющих волокон, снабженных связующим, представляет собой филаментную нить, которая при температуре обработки в области укладочной головки, т.е., как правило, при комнатной температуре не является клейкой и, например, может разматываться с катушки. Однако при повышенных температурах связующее или, соответственно, упрочняющие волокна, снабженные связующим, должны были бы быть клейкими и способствовать хорошему прилипанию изготовленных из них пучков волокон. Такого рода нити из упрочняющих волокон или, соответственно, жгуты упрочняющих волокон описываются, например, в WO 2005/095080, на описание которой здесь непосредственно делается ссылка. Описанные там филаментные нити инфильтрованы связующим, состоящим из нескольких различных эпоксидных смол, причем эти эпоксидные смолы определенным образом отличаются друг от друга своими свойствами, такими как эпоксидное число и молекулярный вес, а также своей концентрацией.In this case, thermoplastic or uncured or partially cured thermosetting polymers or compositions of these polymers are possible as binders. Suitable thermosetting polymers are, for example, polyethyleneimine, polyetherketone, polyether ether ketone, polyphenylene sulfide, polysulfone, polyethersulfone, polyethersulfone, aromatic polyhydroxyether, thermoplastic polyurethane resins or mixtures of these polymers. As uncured or partially cured thermosetting polymers, for example, epoxides, isocyanates, phenolic resins or unsaturated polyesters are possible. Moreover, it is preferable if the endless, ribbon-shaped strand of reinforcing fibers provided with a binder is a filament, which at the processing temperature in the region of the laying head, i.e., as a rule, is not sticky at room temperature and, for example, can unwind from a reel. However, at elevated temperatures, a binder or, respectively, reinforcing fibers provided with a binder should be sticky and contribute to good adhesion of the fiber bundles made from them. Such threads of reinforcing fibers or, respectively, strands of reinforcing fibers are described, for example, in WO 2005/095080, the description of which is hereby referred to directly. The filament yarns described there are infiltrated by a binder consisting of several different epoxy resins, and these epoxy resins in a certain way differ from each other in their properties, such as epoxy number and molecular weight, as well as their concentration.

В одном из предпочтительных вариантов осуществления предлагаемого изобретением способа указанный по меньшей мере один жгут представляет собой предварительно пропитанную филаментную нить, а связующее состоит из композиции первой и второй смолы, при этом филаменты филаментной нити пропитаны композицией первой смолы и посредством этой композиции первого смолы по меньшей мере частично соединены, причем эта композиця первой смолы содержит по меньшей мере две бисфенол A эпихлоргидрин-смолы H1 и H2 в весовом соотношении H1:H2 от 1,1 до 1,4, при этом H1 имеет эпоксидное число от 1850 до 2400 ммоль/кг, средний молекулярный вес MN от 800 до 1000 г/моль и является твердой при комнатной температуре, а H2 имеет эпоксидное число от 5000 до 5600 ммоль/кг, средний молекулярный вес MN < 700 г/моль и является жидкой при комнатной температуре, и, кроме того, содержит ароматический полигидроксиэфир P1, который имеет кислотное число от 40 до 55 мг КОН/г и средний молекулярный вес MN от 4000 до 5000 г/моль, и при этом предварительно пропитанная филаментная нить на своей наружной стороне имеет композицию второй смолы в виде прилипающих к филаментам частиц или капель, причем эта композиция второй смолы является твердым при комнатной температуре, имеет температуру плавления в пределах от 80 до 150°C и имеется на наружной стороне нити в концентрации от 0,5 до 10 вес. % относительно общего веса предварительно пропитанной филаментной нити, и при этом по меньшей мере 50% площади наружной стороны нити свободно от композиции второй смолы, и внутри нить свободна от композиции второй смолы. Такого рода предварительно пропитанные связующим филаментные нити описываются в заявке на патент WO 2013/017434, на соответствующее описание которой здесь непосредственно делается ссылка.In one preferred embodiment of the method of the invention, said at least one strand is a pre-impregnated filament, and the binder consists of a composition of the first and second resin, wherein the filament of the filament is impregnated with the first resin composition and, at least, of the first resin composition partially connected, and this composition of the first resin contains at least two bisphenol A epichlorohydrin-resins H1 and H2 in a weight ratio of H1: H2 from 1.1 to 1.4, while H1 has an epoxy number of 1850 to 2400 mmol / kg, an average molecular weight M N of 800 to 1000 g / mol and is solid at room temperature, and H2 has an epoxy number of 5000 to 5600 mmol / kg, an average molecular weight of M N < 700 g / mol and is liquid at room temperature, and also contains an aromatic polyhydroxy ester P1, which has an acid number of 40 to 55 mg KOH / g and an average molecular weight M N of 4000 to 5000 g / mol, and the pre-impregnated filament yarn has a second resin composition on its outside particles or droplets to the filaments, moreover, this second resin composition is solid at room temperature, has a melting point in the range from 80 to 150 ° C, and is present on the outside of the yarn in a concentration of from 0.5 to 10 weight. % relative to the total weight of the pre-impregnated filament yarn, and at least 50% of the outer side of the yarn is free from the composition of the second resin, and inside the yarn is free from the composition of the second resin. Such filament yarns previously impregnated with a binder are described in patent application WO 2013/017434, the corresponding description of which is hereby incorporated by reference.

В другом предпочтительном варианте осуществления указанный по меньшей мере один жгут может предпочтительно представлять собой препрег из упрочняющих волокон, однонаправленно расположенных в направлении протяженности препрега и вместе с тем в направлении транспортировки препрега. В контексте настоящего изобретения под препрегом понимается полуфабрикат из упрочняющих волокон, пропитанных полимерной матричной системой. При этом речь может идти о препреге из нити («tow prepreg»), т.е. об отдельной нити, пропитанной матричной системой. Однако речь может также идти о полуфабрикате в форме полотна, который состоит из расположенных рядом параллельно друг другу и однонаправленно ориентированных упрочняющих волокон, пропитанных матричной системой. В случае применения препрегов матричная система является тогда связующим.In another preferred embodiment, said at least one strand may preferably be a prepreg of reinforcing fibers unidirectionally arranged in the direction of extension of the prepreg and at the same time in the direction of transport of the prepreg. In the context of the present invention, a prepreg is understood to be a semifinished product of reinforcing fibers impregnated with a polymer matrix system. In this case, we can talk about the prepreg of the thread ("tow prepreg"), i.e. about a single thread impregnated with a matrix system. However, we can also talk about a semi-finished product in the form of a web, which consists of adjacent reinforcing fibers located parallel to each other and unidirectionally oriented, impregnated with a matrix system. In the case of prepregs, the matrix system is then the binder.

В качестве матричной системы или, соответственно, связующего в этих случаях возможны также термопластичные полимеры или неотвержденные или частично отвержденные термореактивные полимеры или композиции полимеров, при этом можно сослаться на вышеназванные полимеры. В том случае, когда указанный по меньшей мере один жгут упрочняющих волокон, снабженных связующим, представляет собой препрег, предпочтительно, когда связующее, т.е. матричная система имеется в концентрации в пределах от 15 до 70 вес. % относительно веса препрега, а в случае, когда упрочняющие волокна представляют собой углеродные волокна, особенно предпочтительно в пределах от 20 до 60 вес. %.Thermoplastic polymers or uncured or partially cured thermosetting polymers or polymer compositions are also possible as a matrix system or, respectively, a binder in these cases, and the polymers mentioned above can be referred to. In the case where said at least one strand of reinforcing fibers provided with a binder is a prepreg, preferably when the binder, i.e. the matrix system is available in concentrations ranging from 15 to 70 weight. % relative to the weight of the prepreg, and in the case when the reinforcing fibers are carbon fibers, particularly preferably in the range from 20 to 60 weight. %

Указанный по меньшей мере один имеющий форму ленточки жгут снабженных связующим упрочняющих волокон может разматываться с катушки или, в случае применения препрега, с рулона в качестве питателя и подводиться к укладочной головке. Предпочтительно питатель, т.е. катушка или рулон, неподвижно соединен с укладочной головкой, так что при движениях укладочной головки питатель ведется вместе с ней. Тем самым может достигаться стабильный ход указанного по меньшей мере одного жгута.The specified at least one ribbon-shaped bundle of reinforcing fibers provided with a binder can be unwound from a reel or, in the case of using a prepreg, from a roll as a feeder and fed to the laying head. Preferably, a feeder, i.e. a coil or a roll is fixedly connected to the stacking head, so that when moving the stacking head, the feeder is driven with it. In this way, a stable course of said at least one tow may be achieved.

Для улучшения надежного позиционирования указанного по меньшей мере одного имеющего форму ленточки жгута, для увеличения его ширины и для достижения хорошего результата устройства продольного разделения указанный по меньшей мере один жгут направляется через расположенный на укладочной головке расправочный узел, который, если смотреть в направлении транспортировки указанного по меньшей мере одного бесконечного, имеющего форму ленточки жгута через укладочную головку, расположен перед первым транспортировочным устройством. В качестве расправочного узла пригоден один отдельный или система из нескольких стационарных и/или опертых с возможностью вращения стержней, посредством которых может повышаться натяжение нитей в жгуте. Поверхность стержней должна была бы предпочтительно обладать такими свойствами, чтобы истирание направляемых по ней жгутов нити было низким. Для этого можно прибегнуть к известным поверхностям или материалам. Стержни предпочтительно расположены так, что указанный по меньшей мере один бесконечный, имеющий форму ленточки жгут направляется вокруг стержней с углом обвивания больше 20°.To improve the reliable positioning of said at least one ribbon-shaped tow, to increase its width and to achieve a good longitudinal separation device, said at least one tow is guided through a spacer assembly located on the stacking head, which, when viewed in the direction of transport at least one endless ribbon-shaped tow through the stacking head is located in front of the first transport device. One separate system or a system of several stationary and / or rotatably supported rods is suitable as a spacer assembly, by means of which the tension of the threads in the bundle can be increased. The surface of the rods should preferably have such properties that the abrasion of the strands of thread guided along it is low. To do this, you can resort to known surfaces or materials. The rods are preferably arranged so that the at least one endless ribbon-shaped strand is guided around the rods with a twisting angle greater than 20 °.

Предпочтительно указанный по меньшей мере один жгут из упрочняющих волокон, снабженных связующим, имеет ширину жгута, равное по меньшей мере 6 мм. Также предпочтительно, если указанный по меньшей мере один жгут имеет отношение его ширины к его толщине, равное по меньшей мере 20.Preferably, said at least one tow of reinforcing fibers provided with a binder has a tow width of at least 6 mm. It is also preferred that said at least one tow has a ratio of its width to its thickness of at least 20.

После расправочного узла указанный по меньшей мере один жгут проходит через первое транспортировочное устройство, посредством которого устанавливается определенная скорость транспортировки указанного по меньшей мере одного жгута и посредством которого указанный по меньшей мере один жгут подается к устройству продольного разделения.After the straightening unit, said at least one bundle passes through a first conveying device, by means of which a certain transportation speed of said at least one bundle is established, and by means of which said at least one bundle is supplied to a longitudinal separation device.

Указанный по меньшей мере один жгут стабилизируется посредством надлежащих устройств для бокового направления указанного по меньшей мере одного жгута упрочняющих волокон в направлении поперек к направлению транспортировки, так чтобы он прямо и без боковых отклонений направлялся через отдельные транспортировочные и разделительные устройства. Благодаря этому в устройстве продольного разделения может достигаться чистый рез с чистыми кромками реза, так как рез может осуществляться по меньшей мере практически параллельно филаментам указанного по меньшей мере одного жгута. Предпочтительно для этого стержни, ролики, валики или другие направляющие устройства, а также при необходимости транспортировочные устройства ориентированы под прямым углом к направлению транспортировки указанного по меньшей мере одного имеющего форму ленточки жгута, а также параллельно друг другу. Кроме того, в одном из предпочтительных вариантов осуществления стержни, ролики, валики или другие направляющие элементы, посредством которых направляется указанный по меньшей мере один имеющий форму ленточки жгут, могут быть выполнены бочкообразными в соответствующих местах контакта со жгутом. Предпочтительно контур направляющих элементов в области бочкообразности имеет радиус в пределах от 50 до 600 мм.Said at least one tow is stabilized by means of suitable devices for laterally directing said at least one tow of reinforcing fibers in a direction transverse to the transport direction, so that it is guided directly and without lateral deviations through separate transport and separation devices. Due to this, a clean cut with clean cut edges can be achieved in the longitudinal separation device, since the cut can be carried out at least almost parallel to the filaments of the specified at least one bundle. Preferably, rods, rollers, rollers or other guiding devices, as well as, if necessary, transporting devices are oriented at right angles to the direction of transportation of said at least one ribbon-shaped bundle, and also parallel to each other. In addition, in one preferred embodiment, the rods, rollers, rollers, or other guiding elements by which said at least one ribbon-shaped bundle is guided can be barrel-shaped at respective points of contact with the bundle. Preferably, the contour of the guide elements in the barrel-shaped region has a radius in the range of 50 to 600 mm.

Для процесса продольного и поперечного разрезания (процесса поперечного разделения) предпочтительно, если указанный по меньшей мере один жгут упрочняющих волокон с натяжением направляется через укладочное устройство и, в частности, между первым и вторым транспортировочным устройством происходит нарастание натяжения в указанном по меньшей мере одном жгуте упрочняющих волокон. Благодаря этому может достигаться надежное поддержание плоского состояния и хорошее ширение указанного по меньшей мере одного жгута упрочняющих волокон, а также стабильный ход указанного по меньшей мере одного жгута упрочняющих волокон, что, в частности, способствует хорошему результату резания в устройстве продольного разделения. Это может достигаться, например, посредством того, что скорости первого и второго транспортировочного устройства устанавливаются так, чтобы скорость второго транспортировочного устройства была выше, чем скорость первого транспортировочного устройства. Предпочтительно указанный по меньшей мере один жгут подводится к устройству продольного разделения с силой натяжения нитей в пределах от 40 до 300 сН на мм ширины жгута.For a longitudinal and transverse cutting process (transverse separation process), it is preferable if said at least one strand of reinforcing fibers with tension is guided through the stacking device and, in particular, tension increases in said at least one reinforcing strand between the first and second conveying device fibers. Due to this, reliable maintenance of a planar state and good expansion of said at least one strand of reinforcing fibers can be achieved, as well as a stable course of said at least one strand of reinforcing fibers, which, in particular, contributes to a good cutting result in a longitudinal separation device. This can be achieved, for example, by setting the speeds of the first and second conveying device so that the speed of the second conveying device is higher than the speed of the first conveying device. Preferably, said at least one tow is connected to a longitudinal separation device with a pull force of 40 to 300 cN per mm of tow width.

Проходимое указанным по меньшей мере одним жгутом первое и/или второе транспортировочное устройство в одном из предпочтительных вариантов осуществления состоит из одного или нескольких приводных роликов или валиков, посредством которых транспортируется указанный по меньшей мере один жгут. При этом ролики или соответственно валики могут быть расположены друг относительно друга так, чтобы при применении указанный по меньшей мере один жгут упрочняющих волокон обвивал эти ролики или соответственно валики. В другом предпочтительном варианте осуществления первое и/или второе транспортировочное устройство включает в себя приводную и управляемую по своей скорости пару валиков, имеющую между валиками пары валиков регулируемый зазор, через который при применении вследствие создаваемого парой валиков давления транспортируется указанный по меньшей мере один жгут упрочняющих волокон.The first and / or second conveying device, which is passed by the at least one rope, in one of the preferred embodiments consists of one or more drive rollers or rollers by means of which the at least one rope is transported. In this case, the rollers or, respectively, the rollers can be arranged relative to each other so that, when used, the indicated at least one strand of reinforcing fibers encircles these rollers or, respectively, the rollers. In another preferred embodiment, the first and / or second conveying device includes a driven and speed-controlled pair of rollers having an adjustable clearance between the rollers of the pair of rollers, through which at least one reinforcing fiber bundle is transported due to the pressure created by the pair of rollers .

Кроме того, в одном из также предпочтительных вариантов осуществления первое и/или второе транспортировочное устройство может включать в себя нагнетательное устройство, посредством которого перемещается указанный по меньшей мере один бесконечный, имеющий форму ленточки жгут упрочняющих волокон. При этом нагнетательное устройство связано с регулируемой подачей воздуха.In addition, in one also preferred embodiment, the first and / or second conveying device may include an injection device through which said at least one endless ribbon-shaped strand of reinforcing fibers is conveyed. In this case, the discharge device is connected with an adjustable air supply.

Посредством устройства продольного разделения указанный по меньшей мере один жгут режется по своей продольной протяженности на части жгута. Полученные таким образом части жгута имеют предпочтительно ширину в пределах от 0,5 до 5 мм и особенно предпочтительно в пределах от 0,5 до 3 мм. С изготовленными из таких частей жгута пучками волокон могут достигаться высокие объемные доли волокон в волокнистой заготовке или соответственно изготовленных из нее конструктивных элементах из волокнистого композитного материала.By means of a longitudinal separation device, said at least one bundle is cut along its longitudinal extent into parts of the bundle. The thus obtained parts of the tow are preferably in the range of 0.5 to 5 mm and particularly preferably in the range of 0.5 to 3 mm. With fiber bundles made from such parts of the bundle, high volume fractions of fibers in the fiber preform or structural elements made of fiber composite material respectively made from it can be achieved.

Устройство продольного разделения включает в себя по меньшей мере один разделительный элемент для разделения указанного по меньшей мере одного жгута упрочняющих волокон по его продольной протяженности. Указанный по меньшей мере один разделительный элемент устройства продольного разделения может представлять собой лазерно-лучевую, воздушно-струйную или водоструйную систему или механический разделительный элемент, например, в виде по меньшей мере одного неподвижного элемента, например, неподвижный нож, или же по меньшей мере один вращающийся разделительный диск, который предпочтительно снабжен приводом. При этом привод может быть регулируемым и рассчитан так, чтобы могла устанавливаться разность скоростей между окружной скоростью указанного по меньшей мере одного разделительного диска и скоростью транспортировки указанного проходящего через устройство продольного разделения по меньшей мере одного жгута упрочняющих волокон. Направление вращения указанного по меньшей мере одного вращающегося разделительного диска может быть в направлении транспортировки указанного по меньшей мере одного имеющего форму ленточки жгута или же противоположным ему. В предлагаемом изобретением способе оказалось предпочтительным, если окружная скорость указанного по меньшей мере одного разделительного диска может устанавливаться на 2-15% выше, чем скорость транспортировки указанного по меньшей мере одного жгута, проходящего через устройство продольного разделения. Особенно предпочтительной является окружная скорость указанного по меньшей мере одного разделительного диска, которая на 4-10% выше, чем скорость транспортировки указанного по меньшей мере одного жгута.The longitudinal separation device includes at least one separation element for separating said at least one strand of reinforcing fibers along its longitudinal extent. The specified at least one separation element of the longitudinal separation device may be a laser beam, air-jet or water-jet system or a mechanical separation element, for example, in the form of at least one fixed element, for example, a fixed knife, or at least one a rotating separation disc, which is preferably provided with a drive. In this case, the drive can be adjustable and designed so that a speed difference can be established between the peripheral speed of the at least one spacer disk and the transport speed of the at least one reinforcing fiber bundle passing through the longitudinal separation device. The direction of rotation of said at least one rotating spacer disk may be in the direction of transportation of said at least one ribbon-shaped bundle or opposite thereof. In the method of the invention, it turned out to be preferable if the peripheral speed of said at least one separation disk can be set 2-15% higher than the transportation speed of said at least one rope passing through the longitudinal separation device. Particularly preferred is the peripheral speed of said at least one spacer disc, which is 4-10% higher than the transport speed of said at least one tow.

В одном из предпочтительных вариантов осуществления в случае, когда указанный по меньшей мере один разделительный элемент представляет собой механический разделительный элемент, указанный по меньшей мере один жгут и указанный по меньшей мере один разделительный элемент посредством управляемого по усилию прижима с определенным усилием прижимаются друг к другу. При этом, например, вращающийся разделительный диск может быть соединен с управляемым по усилию прижимом, посредством которого вращающийся разделительный диск с определенным усилием прижимается к указанному разделяемому по своей продольной протяженности по меньшей мере одному жгуту упрочняющих волокон. Предпочтительно указанный по меньшей мере один жгут прижимается прижимом к указанному по меньшей мере одному механическому разделительному элементу. Посредством такого прижима при применении в случаях, когда указанный по меньшей мере один жгут упрочняющих волокон имеет крутку, например, крутку нити в случае, когда этот жгут представляет собой нить, предотвращается разделение жгута в области крутки поперек к направлению волокон. Уже частичное разделение жгута поперек к направлению волокон может приводить к обрыву жгута и, как следствие, к прерыванию процесса разрезания и вместе с тем укладки.In one preferred embodiment, in the case where said at least one separating element is a mechanical separating element, said at least one strand and said at least one separating element are pressed against a certain force with a certain force. In this case, for example, the rotating separation disk can be connected to a force-controlled clamp, by which the rotating separation disk is pressed with a certain force to the at least one strand of reinforcing fibers that is shared along its longitudinal extent. Preferably, said at least one harness is pressed against said at least one mechanical separation member. By such a clamp, when used in cases where the at least one strand of reinforcing fibers has a twist, for example, twisting of a thread in the case when this bundle is a thread, the separation of the bundle in the twisting region across to the direction of the fibers is prevented. Already partial separation of the bundle transverse to the direction of the fibers can lead to breakage of the bundle and, as a result, to interrupt the cutting process and at the same time laying.

В одном из предпочтительных вариантов осуществления способа указанный по меньшей мере один жгут упрочняющих волокон, снабженных связующим, может резаться в устройстве продольного разделения более чем на две части жгута. Таким образом, количество филаментов в отдельных частях жгута может уменьшаться настолько, чтобы получались пучки волокон с достаточно малой шириной. Применение таких пучков волокон с меньшей шириной позволяет, в свою очередь, реализовывать высокие объемные доли филаментов в изготовленной с их помощью волокнистой заготовке или, соответственно, в результирующем конструктивном элементе из композитного материала. Количество разделительных элементов устройства продольного разделения ориентируется на количество частей жгута, которые должны получаться.In one preferred embodiment of the method, said at least one bundle of reinforcing fibers provided with a binder can be cut in a longitudinal separation device into more than two parts of the bundle. Thus, the number of filaments in individual parts of the bundle can be reduced so that bundles of fibers with a sufficiently small width are obtained. The use of such bundles of fibers with a smaller width allows, in turn, to realize high volume fractions of filaments in the fiber preform made with their help or, respectively, in the resulting structural element made of composite material. The number of dividing elements of the longitudinal separation device is oriented to the number of harness parts to be obtained.

Также одним из предпочтительных вариантов осуществления является, когда указанный по меньшей мере один жгут режется на части жгута различной ширины. То есть указанный по меньшей мере один разделительный элемент может быть расположен относительно устройств для бокового направления указанного по меньшей мере одного бесконечного, имеющего форму ленточки жгута упрочняющих волокон так, чтобы указанный по меньшей мере один жгут разделялся на части жгута в центре или внецентренно. Также в случае одного отдельного жгута упрочняющих волокон, который должен разделяться на три или более частей жгута, эти несколько разделительных элементов могут располагаться относительно друг друга и/или относительно устройств для бокового направления так, чтобы в результате получилась части жгута различной ширины.Also, one of the preferred embodiments is when said at least one bundle is cut into pieces of a bundle of different widths. That is, said at least one dividing element can be positioned relative to the devices for laterally guiding said at least one endless ribbon-shaped strand of reinforcing fibers so that said at least one bundle is divided into parts of the bundle in the center or eccentrically. Also, in the case of one separate strand of reinforcing fibers, which must be divided into three or more parts of the bundle, these several separating elements can be located relative to each other and / or relative to the devices for lateral direction so that the resulting parts of the bundle of different widths.

В одном из предпочтительных вариантов осуществления предлагаемого изобретением способа несколько бесконечных, имеющих форму ленточки жгутов упрочняющих волокон, снабженных связующим, подаются и подводятся к укладочной головке или, соответственно, расположенным на ней устройствам, таким как, в частности, устройство продольного разделения и узел поперечного разделения. При этом жгуты могут быть одинаковой или различной длины. Например, все эти несколько жгутов могут представлять собой жгуты углеродных волокон. Однако могут также комбинироваться, например, жгуты углеродных волокон со жгутами стекловолокон.In one preferred embodiment of the method of the invention, several endless ribbon-shaped strands of reinforcing fibers provided with a binder are fed and fed to the stacking head or, accordingly, devices located on it, such as, in particular, a longitudinal separation device and a transverse separation unit . In this case, the bundles can be the same or different lengths. For example, all of these several tows may be carbon fiber tows. However, carbon fiber tows can also be combined, for example, with fiberglass tows.

Тогда в случае подачи нескольких жгутов упрочняющих волокон, снабженных связующим, к укладочной головке имеются несколько питателей, например, в виде шпулярника, и соответствующее количество устройств для бокового направления отдельных жгутов. Причем эти несколько жгутов направляются так, чтобы они располагались рядом друг с другом, при этом отдельные жгуты могут быть удалены друг от друга, или же могут лежать, касаясь друг друга. Тогда устройство продольного разделения включает в себя несколько разделительных элементов, количество которых ориентируется на количество частей жгута, которые должны изготавливаться из расположенных рядом друг с другом нескольких жгутов упрочняющих волокон. Например, устройство продольного разделения имеет четыре разделительных элемента, когда два расположенных рядом друг с другом, имеющих форму ленточки жгута из нити должны резаться каждый на три части жгута.Then, in the case of supplying several bundles of reinforcing fibers equipped with a binder to the laying head, there are several feeders, for example, in the form of creel, and the corresponding number of devices for the lateral direction of individual bundles. Moreover, these several harnesses are guided so that they are located next to each other, while individual harnesses can be removed from each other, or they can lie touching each other. Then, the longitudinal separation device includes several separation elements, the number of which is based on the number of parts of the tow, which should be made of adjacent to each other several strands of reinforcing fibers. For example, a longitudinal separation device has four dividing elements, when two adjacent to each other, having the form of ribbons of a string of strands from a thread must be cut each into three parts of a bundle.

В другом предпочтительном варианте осуществления при наличии нескольких бесконечных, имеющих форму ленточки жгутов упрочняющих волокон, снабженных связующим, т.е. нескольких жгутов упрочняющих волокон, посредством надлежащих направляющих устройств с помощью первого транспортировочного устройства они могут подаваться в устройство продольного разделения так, чтобы они располагались друг над другом, т.е. лежали друг на друге. В этом случае имеющие форму ленточек жгуты вместе режутся в продольном направлении одними и тем же разделительными элементами. Например, в том в случае, когда два имеющих форму ленточек жгута нити должны резаться каждый на три части жгута, устройство продольного разделения имеет два разделительных элемента.In another preferred embodiment, in the presence of several endless ribbon-shaped strands of reinforcing fibers provided with a binder, i.e. several bundles of reinforcing fibers, by means of appropriate guiding devices using the first transport device, they can be fed into the longitudinal separation device so that they are located one above the other, i.e. lay on top of each other. In this case, the ribbon-shaped strands are cut together in the longitudinal direction by the same dividing elements. For example, in the case where two ribbon-shaped strands of thread should be cut each into three parts of the bundle, the longitudinal separation device has two separation elements.

После разрезания указанного по меньшей мере одного жгута упрочняющих волокон на части жгута эти части жгута посредством второго транспортировочного устройства подводятся к узлу поперечного разделения. Затем посредством узла поперечного разделения полученные в устройстве продольного разделения части жгута поперек к направлению их протяженности режутся на пучки волокон определенной длины, т.е. заранее установленной длины, при этом длина результирующих пучков волокон зависит от частоты, с которой выполняются резы поперек к направлению протяженности частей жгута в зависимости от скорости транспортировки, т.е. от частоты поперечного разрезания. В одном из предпочтительных вариантов осуществления узел поперечного разделения связан с транспортировочными устройствами так, что при изменении скорости транспортировки частота поперечного разрезания изменяется так, что длина результирующих пучков упрочняющих волокон остается постоянной. В другом предпочтительном варианте осуществления частота поперечного разрезания может устанавливаться независимо от скорости транспортировки, так что при неизменной скорости транспортировки могут изготавливаться пучки упрочняющих волокон различной длины. Конечно, в изобретение включена также комбинация возможностей установки, при которой, с одной стороны, скорость транспортировки служит регулирующей величиной для частоты поперечного разрезания, однако при установленной скорости транспортировки частота поперечного разрезания может варьироваться. Благодаря этому длина пучков волокон во время выполнения предлагаемого изобретением способа может варьироваться и, например, адаптироваться к особенностям контура изготавливаемой волокнистой заготовки. Поэтому в одном из предпочтительных вариантов осуществления частота поперечного разрезания изменяется по времени варьирования длины пучков волокон. Предпочтительно части жгута режутся посредством узла поперечного разделения так, чтобы результирующие пучки волокон имели длину в пределах от 10 до 100 мм. Особенно предпочтительной является длина пучков волокон в пределах от 10 до 75 мм.After cutting said at least one reinforcing fiber tow into parts of the tow, these parts of the tow through the second conveying device are led to the transverse separation unit. Then, by means of the transverse separation unit, the parts of the bundle obtained in the longitudinal separation device are cut into bundles of fibers of a certain length transverse to the direction of their length, i.e. a predetermined length, while the length of the resulting fiber bundles depends on the frequency with which the cuts are made across to the length direction of the parts of the bundle depending on the speed of transportation, i.e. from the frequency of transverse cutting. In one of the preferred embodiments, the transverse separation unit is connected to the transport devices so that when the transportation speed changes, the cross-cutting frequency changes so that the length of the resulting bundles of reinforcing fibers remains constant. In another preferred embodiment, the cross-cutting frequency can be set independently of the transport speed, so that at a constant transport speed, bundles of reinforcing fibers of different lengths can be produced. Of course, a combination of installation possibilities is also included in the invention, in which, on the one hand, the transport speed serves as a control value for the cross-cutting frequency, however, at a set transport speed, the cross-cutting frequency may vary. Due to this, the length of the fiber bundles during the implementation of the method of the invention can vary and, for example, adapt to the features of the contour of the manufactured fiber preform. Therefore, in one of the preferred embodiments, the cross-cutting frequency varies with time varying the length of the fiber bundles. Preferably, the harness portions are cut through a transverse separation unit so that the resulting fiber bundles have a length in the range of 10 to 100 mm. Particularly preferred is a fiber bundle length in the range of 10 to 75 mm.

В отношении узла поперечного разделения можно прибегнуть в известным агрегатам и способам разрезания упрочняющих волокон поперек к направлению их протяженности. В качестве таких агрегатов возможны, например, агрегаты для водо- или воздушно-струйного разрезания волокон, для разрезания волокон посредством лазерных лучей, агрегаты, имеющие, например, пневматически продвигаемые отбойные ножи поперек к направлению транспортировки, ротационные поперечные резаки, имеющие ножевой валик и встречный валик, или же ротационные ножи, ось вращения которых распространяется в направлении транспортировки частей жгута или под углом до 60°, предпочтительно до 20° к ним. Последние ротационные ножи описываются, например, в DE 202010017556 U1 или EP-A-3351880 A1. В одном из предпочтительно вариантов осуществления части жгута поперечно разделяются посредством ротационного поперечного резака, у которого ножи прижимаются к разрезаемому по меньшей мере одному жгуту упрочняющих волокон без создания существенного противодавления на другой стороне жгута. Этот метод при хрупких упрочняющих волокнах, таких как, например, углеродные волокна или стекловолокна, приводит к хрупкому разрушению в месте нагрузки и вместе с тем к чистому поперечному разделению жгута упрочняющих волокон. Такого рода агрегаты описываются, например, в EP-A-1144738, EP-A-1394295, EP-A-1723272 или WO 02/055770, на соответствующее содержание описания которых непосредственно делается ссылка.With respect to the transverse separation unit, one can resort to known aggregates and methods of cutting reinforcing fibers transverse to the direction of their length. As such units, for example, units for water- or air-jet cutting of fibers, for cutting fibers by means of laser beams, units having, for example, pneumatically advanced jack-off knives transverse to the transport direction, rotary transverse cutters having a knife roller and counter roller, or rotary knives, the axis of rotation of which extends in the direction of transportation of the parts of the tow or at an angle of up to 60 °, preferably up to 20 ° to them. The latest rotary knives are described, for example, in DE 202010017556 U1 or EP-A-3351880 A1. In one preferred embodiment, the parts of the tow are transversely separated by a rotary transverse cutter, in which the knives are pressed against the cut at least one strand of reinforcing fibers without creating significant back pressure on the other side of the tow. This method with brittle reinforcing fibers, such as, for example, carbon fibers or glass fibers, leads to brittle fracture at the load site and, at the same time, to a pure transverse separation of the bundle of reinforcing fibers. Such aggregates are described, for example, in EP-A-1144738, EP-A-1394295, EP-A-1723272 or WO 02/055770, the corresponding contents of the description of which are directly referred to.

В одном из предпочтительных вариантов осуществления полученные пучки волокон посредством устройства для отвода пучков волокон отводятся от устройства поперечного разделения. Это может осуществляться, например, посредством короткого ленточного транспортера. Особенно предпочтительно пучки волокон отводятся от узла поперечного разделения через сопловой канал сопловой головки, в которую подается сжатый воздух. Предпочтительно в сопловом канале сопловой головки расположено сопло Вентури для ввода сжатого воздуха в сопловой канал. Благодаря этому пучки волокон для изготовления волокнистой заготовки с повышенной скоростью могут выноситься на поверхность и/или на уложенные на поверхность пучки волокон, т.е. напыляться.In one preferred embodiment, the obtained fiber bundles are withdrawn from the transverse separation device by means of a fiber bundle removal device. This can be done, for example, by means of a short conveyor belt. Particularly preferably, the fiber bundles are diverted from the transverse separation unit through the nozzle channel of the nozzle head into which compressed air is supplied. Preferably, a venturi nozzle is arranged in the nozzle channel of the nozzle head for introducing compressed air into the nozzle channel. Due to this, the fiber bundles for the manufacture of a fiber preform with increased speed can be carried to the surface and / or to the fiber bundles laid on the surface, i.e. get dusty.

Сопловая головка для отвода пучков волокон может иметь средства для ввода матричного материала в сопловой канал. В одном из предпочтительных вариантов осуществления способа с их помощью матричный материал в виде частиц может вноситься в сопловой канал, выноситься вместе с поперечно разделенными пучками волокон и выноситься или соответственно напыляться на поверхность и/или на уложенные на поверхность пучки волокон. Средства для ввода матричного материала могут, например, представлять собой сопло Вентури, которое вдается в сопловой канал и через которое в сопловой канал вносятся частицы матрицы. Однако речь может идти также о расположенном в сопловом канале распылительном сопле, посредством которого впрыскивается жидкий матричный материал. Подача матричного материала может быть предпочтительной, чтобы при укладке изготовленных посредством укладочного устройства пучков волокон на поверхность с помощью матричного материала способствовать лучшему прилипанию друг к другу и вместе с тем лучшей фиксации пучков волокон между собой и на поверхности. Одновременно матричный материал в количестве, требуемом для изготовления конструктивного элемента из композитного материала, может, например, подаваться уже при изготовлении волокнистой заготовки.The nozzle head for removing fiber bundles may have means for introducing matrix material into the nozzle channel. In one of the preferred embodiments of the method with their help, the matrix material in the form of particles can be introduced into the nozzle channel, carried out together with transversely separated bundles of fibers and carried out or respectively sprayed onto the surface and / or onto bundles of fibers laid on the surface. The means for introducing the matrix material can, for example, be a Venturi nozzle which extends into the nozzle channel and through which matrix particles are introduced into the nozzle channel. However, it can also be a spray nozzle located in the nozzle channel, by means of which liquid matrix material is injected. The filing of the matrix material may be preferable so that when laying the fiber bundles made by the laying device on the surface using the matrix material, they contribute to better adhesion to each other and, at the same time, better fixation of the fiber bundles between themselves and on the surface. At the same time, the matrix material in the amount required for the manufacture of a structural element from a composite material can, for example, be supplied already in the manufacture of a fibrous preform.

При выполнении предлагаемого изобретением способа в отношении лучшего прилипания друг к другу и вместе с тем лучшей фиксации пучков волокон между собой и на поверхности может быть предпочтительным, если пучки волокон и при необходимости подаваемый в виде частиц или капелек матричный материал после узла поперечного разделения и перед укладкой или при укладке на поверхность и/или на уложенные на поверхность пучки упрочняющих волокон нагреваются. При этом связующее, которым снабжены пучки волокон, и/или матричный материал может активироваться, т.е. переводиться в клейкое состояние, например, таким образом, что пучки волокон нагреваются до температуры выше точки плавления связующего. Нагрев может осуществляться, например, посредством обдува горячим воздухом или посредством нагретого окружающего воздуха, посредством лазерного излучения или посредством инфракрасного излучения. После попадания пучков волокон на поверхность изготавливаемой волокнистой заготовки и после охлаждения пучки волокон фиксируются снова затвердевшим после этого связующим.When performing the method of the invention with respect to better adhesion to each other and, at the same time, better fixation of the fiber bundles between themselves and on the surface, it may be preferable if the fiber bundles and, if necessary, matrix material supplied in the form of particles or droplets after the transverse separation unit and before laying or when laid on the surface and / or on the bundles of reinforcing fibers laid on the surface, they are heated. In this case, the binder with which the fiber bundles are provided and / or the matrix material can be activated, i.e. become sticky, for example, in such a way that the fiber bundles are heated to a temperature above the melting point of the binder. Heating can be carried out, for example, by blowing with hot air or by means of heated ambient air, by laser radiation or by means of infrared radiation. After the fiber bundles hit the surface of the manufactured fiber preform and after cooling, the fiber bundles are fixed again by the binder that has hardened after this.

По другому предпочтительному варианту осуществления способа матричный материал в виде частиц или капелек может также отдельно от пучков волокон, однако одновременно с ними напыляться на поверхность и/или на уложенные на поверхность пучки упрочняющих волокон. Это может осуществляться, например, путем направленного напыления таких частиц или капелек посредством источника тепла, такого как, например, пламя или микроволновое или инфракрасное поле. Предпочтительным здесь является способ термического напыления, который описывается, например, в WO 98/22644 или в US 2009/0014119 A1.According to another preferred embodiment of the method, the matrix material in the form of particles or droplets can also be separate from the fiber bundles, however, simultaneously with them, they are sprayed onto the surface and / or on the bundles of reinforcing fibers laid on the surface. This can be done, for example, by directed spraying of such particles or droplets by means of a heat source, such as, for example, a flame or a microwave or infrared field. Preferred here is a thermal spraying method, which is described, for example, in WO 98/22644 or in US 2009/0014119 A1.

В зависимости от связующего, которым снабжен указанный по меньшей мере один жгут упрочняющих волокон, от подводимых при необходимости матричных материалов и от температур, преобладающих при укладке пучков волокон, предпочтительным является следующий за укладкой пучков волокон этап охлаждения для стабилизации волокнистой заготовки.Depending on the binder provided with said at least one reinforcing fiber tow, the matrix materials supplied if necessary, and the temperatures prevailing during the stacking of the fiber bundles, the cooling step following the laying of the fiber bundles is preferable to stabilize the fiber preform.

В соответствии с предлагаемым изобретением способом пучки упрочняющих волокон укладываются на поверхность и/или на уложенные на поверхность пучки упрочняющих волокон и фиксируются на поверхности и/или на уложенных на поверхность пучках упрочняющих волокон для образования волокнистой заготовки. Предпочтительно поверхность, т.е. поверхность укладки, уже имеет некоторый контур, который адаптирован к контуру изготавливаемой волокнистой заготовки или соответственно изготавливаемого из нее конструктивного элемента из волокнистого композитного материала.In accordance with the invention of the method, the bundles of reinforcing fibers are laid on the surface and / or on the bundles of reinforcing fibers laid on the surface and fixed on the surface and / or on the bundles of reinforcing fibers laid on the surface to form a fibrous preform. Preferably, a surface, i.e. The laying surface already has a certain contour that is adapted to the contour of the manufactured fiber preform or, respectively, of the structural element made of the fibrous composite material made from it.

Поверхность или поверхность укладки может представлять собой имеющий отверстия экран, на который пучки волокон при необходимости с одновременным добавлением матричного материала укладываются или на который они напыляются. В случае применения такого экрана фиксация пучков волокон может поддерживаться по меньшей мере тем, что подается вакуум на сторону экрана, отвернутую от той стороны экрана, на которую укладываются пучки волокон. Таким образом, воздух всасывается через экран, вследствие чего может достигаться фиксация пучков волокон. Поверхность может также снабжаться нанесенным ранее и клейким во время укладки связующим или матричным материалом, так чтобы это способствовало хорошему прилипанию пучков волокон. Прилипание может также происходить при одновременном добавлении матричного материала вместе с пучками волокон при помощи этого матричного материала.The laying surface or surface may be a screen having openings on which fiber bundles are laid, if necessary with the simultaneous addition of matrix material, or on which they are sprayed. In the case of the use of such a screen, the fixation of the fiber bundles can be maintained at least by the fact that a vacuum is applied to the side of the screen, turned away from the side of the screen on which the fiber bundles are stacked. In this way, air is drawn in through the screen, whereby fixation of the fiber bundles can be achieved. The surface may also be provided with adhesive or matrix material previously applied and adhesive during installation, so that it contributes to good adhesion of the fiber bundles. Adhesion can also occur while matrix material is added together with fiber bundles using this matrix material.

Для изготовления конструктивных элементов из волокнистого композитного материала, имеющих высокие объемные доли волокон, предпочтительно, если в предлагаемом изобретением способе за этапом укладки пучков упрочняющих волокон следует этап компактирования, в котором уложенные пучки упрочняющих волокон уплотняются для достижения высокой объемной доли волокон. Этот этап компактирования может выполняться так, чтобы заготовка, полученная после укладки пучков волокон, в форме, предпочтительно при повышенной температуре, подвергалась воздействию повышенного давления, например, в прессе. Также заготовка, полученная после укладки пучков волокон, может помещаться в вакуумный мешок, и затем осуществляться компактирование с подачей вакуума и при повышенной температуре.For the manufacture of structural elements from a fibrous composite material having high volume fractions of fibers, it is preferable if, in the method according to the invention, the step of laying bundles of reinforcing fibers is followed by a compacting step in which the stacked bundles of reinforcing fibers are compacted to achieve a high volume fraction of fibers. This compacting step can be performed so that the preform obtained after laying the fiber bundles in a mold, preferably at an elevated temperature, is subjected to increased pressure, for example, in a press. Also, the preform obtained after laying the fiber bundles can be placed in a vacuum bag, and then compacted with a vacuum and at elevated temperature.

В одном из предпочтительных вариантов осуществления способа для изготовления волокнистой заготовки укладочная головка соединена с управляемым узлом позиционирования, посредством которого укладочная головка движется относительно поверхности. В одном из вариантов осуществления укладочная головка может быть соединена через находящийся на цоколе машины робот с сочлененной рукой, и посредством этого робота с сочлененной рукой и удерживаемого роботом с сочлененной рукой шарнира робота обладать возможностью позиционирования по меньшей мере по двум осям относительно поверхности. В другом варианте осуществления укладочная головка может быть закреплена посредством шарнирной головки в портальной стойке и обладать возможностью позиционирования по меньшей мере вокруг двух осей относительно поверхности. Предпочтительно укладочная головка обладает возможностью позиционирования по меньшей мере по 6, и особенно предпочтительно вокруг по меньшей мере 9 осей.In one preferred embodiment of the method for manufacturing a fiber preform, the stacking head is connected to a controlled positioning unit by which the stacking head moves relative to the surface. In one embodiment, the stacking head can be connected via a robot with an articulated arm located on the base of the machine, and by means of this robot with an articulated arm and held by a robot with an articulated arm of the robot joint, can be positioned in at least two axes relative to the surface. In another embodiment, the stacking head may be secured by a hinge head in the portal rack and be able to position at least around two axes relative to the surface. Preferably, the stacking head is capable of positioning at least 6, and particularly preferably around at least 9 axes.

В другом варианте осуществления поверхность, на которую укладываются пучки волокон, является неподвижной, а относительное движение между укладочной головкой и поверхностью осуществляется за счет движения или соответственно позиционирования укладочной головки. Альтернативно также поверхность, на которую укладываются пучки волокон, может двигаться, например, посредством робота с сочлененной рукой, а укладочная головка быть неподвижной. Конечно, включены также смешанные варианты настоящего способа, при которых, например, поверхность движется посредством робота с сочлененной рукой, вокруг, например, 6 осей, а укладочная головка также является обладает возможностью позиционирования, например, вокруг 3 осей.In another embodiment, the surface on which the fiber bundles are laid is stationary, and the relative movement between the laying head and the surface is due to the movement or, accordingly, the positioning of the laying head. Alternatively, the surface on which the bundles of fibers are laid can move, for example, by means of a robot with an articulated arm, and the laying head can be fixed. Of course, mixed variants of the present method are also included, in which, for example, the surface moves by means of a robot with an articulated arm around, for example, 6 axes, and the laying head is also capable of positioning, for example, around 3 axes.

Из изготовленных посредством предлагаемого изобретением способа волокнистых заготовок могут изготавливаться конструктивные элементы из композитного материала, которые отличаются высокой объемной долей волокон и вместе с тем высокими удельными механическими свойствами, такими как, например, высокие прочности. Поэтому изобретение касается также способа изготовления конструктивного элемента из волокнистого композитного материала с применением волокнистой заготовки, которая была изготовлена предлагаемым изобретением способом изготовления волокнистой заготовки, включающего в себя следующие этапы:Structural elements made of composite material that are characterized by a high volume fraction of fibers and at the same time high specific mechanical properties, such as, for example, high strengths, can be made from fiber preforms made by the method of the invention. Therefore, the invention also relates to a method for manufacturing a structural element from a fibrous composite material using a fiber preform, which was manufactured by the inventive method for manufacturing a fiber preform, which includes the following steps:

- ввод волокнистой заготовки, изготовленной предлагаемым изобретением способом, в формообразующее устройство;- the input of the fibrous preform manufactured by the method of the invention into the forming device;

- подача на волокнистую заготовку давления и/или вакуума и/или повышенной температуры для образования конструктивного элемента из волокнистого композитного материала;- applying pressure and / or vacuum and / or elevated temperature to the fiber preform to form a structural element from the fibrous composite material;

- охлаждение конструктивного элемента из волокнистого композитного материала;- cooling of a structural element of a fibrous composite material;

- извлечение конструктивного элемента из волокнистого композитного материала из формообразующего устройства.- removing the structural element from the fibrous composite material from the forming device.

В зависимости от содержания матричного материала, имеющегося в применяемой волокнистой заготовке, а также от вида матричного материала, получаются различные варианты осуществления способа изготовления конструктивного элемента из композитного материала. Так, конструктивный элемент из композитного материала может изготавливаться посредством вышеназванных этапов способа путем прямого прессования, без необходимости подвода дополнительного матричного материала, когда применяемая волокнистая заготовка была изготовлена в соответствии с предлагаемым изобретением способом с применением препрега в виде по меньшей мере одного жгута упрочняющих волокон, снабженных связующим, и препрег имел содержание матрицы или соответственно связующего выше приблизительно 25 вес. %. Также, например, возможно изготовление конструктивного элемента из композитного материала путем прямого прессования, если при изготовлении волокнистой заготовки, хотя и брались за основу имеющие форму ленточки жгуты упрочняющих волокон, снабженных связующим, у которых концентрация связующего была сравнительно мала и недостаточна для изготовления конструктивного элемента с непрерывной матричной фазой, однако перед укладкой пучков волокон ли при укладке пучков волокон подводился дополнительный матричный материал.Depending on the content of the matrix material present in the used fiber preform, as well as on the type of matrix material, various embodiments of the method of manufacturing a structural element from a composite material are obtained. Thus, a structural element made of composite material can be manufactured by the above steps of the method by direct pressing, without the need for additional matrix material, when the used fiber preform was manufactured in accordance with the invention using the prepreg method in the form of at least one bundle of reinforcing fibers equipped with a binder, and the prepreg had a matrix or corresponding binder content above about 25 weight. % It is also possible, for example, to manufacture a structural element from a composite material by direct pressing, if in the manufacture of a fiber preform, although ribbon-shaped strands of reinforcing fibers equipped with a binder were taken as the basis for which the concentration of the binder was relatively low and insufficient for the manufacture of the structural element with continuous matrix phase, however, before laying the fiber bundles, additional matrix material was supplied when laying the fiber bundles.

Время прессования под давлением и/или вакуумом и при повышенной температуре зависит, в частности, от вида матричного материала. Если матричный материал представляет собой термопластичный полимер или смесь термопластичных полимеров, периоды времени прессования могут быть относительно короткими. У связующих и/или матричных материалов на основе неотвержденных или частично отвержденных термореактивных полимеров требуемое время прессования зависит от периодов времени, которые необходимы для отверждения матрицы.The pressing time under pressure and / or vacuum and at elevated temperature depends, in particular, on the type of matrix material. If the matrix material is a thermoplastic polymer or a mixture of thermoplastic polymers, the pressing times can be relatively short. For binders and / or matrix materials based on uncured or partially cured thermosetting polymers, the required pressing time depends on the time periods required to cure the matrix.

В случае, когда в способе изготовления конструктивного элемента из композитного материала используется волокнистая заготовка, у которой пучки волокон имеют лишь относительно небольшое содержание связующего, например, в пределах от 2 до 14 вес. % относительно снабженной связующим упрочняющей нити, и связующее, например, основано на неотвержденных или частично отвержденных термореактивных полимерах или смолах, в соответствии с упомянутым вначале способом для вливания или впрыска матричного материала дополнительно необходимый для изготовления конструктивного элемента из композитного материала матричный материал может вводиться в формообразующее устройство, прежде чем затем произойдет прессование под давлением и/или вакуумом и при повышенной температуре с получением конструктивного элемента.In the case when a fiber preform is used in the method of manufacturing a structural element from a composite material, in which the fiber bundles have only a relatively small binder content, for example, in the range from 2 to 14 weight. % relative to the binder reinforcing filament, and the binder, for example, is based on uncured or partially cured thermosetting polymers or resins, in accordance with the method mentioned above for infusion or injection of the matrix material, the matrix material additionally necessary for the manufacture of the structural element from the composite material can be introduced into the forming device, before then pressing occurs under pressure and / or vacuum and at elevated temperature to obtain const uktivnogo element.

Для выполнения предлагаемого изобретением способа наилучшим образом пригодно укладочное устройство, которое необходимо пояснить ниже с помощью схематичного изображения на фиг. 1.To perform the method of the invention, a stacking device is best suited, which needs to be explained below with the help of a schematic diagram in FIG. one.

Предлагаемое изобретением укладочное устройство необходимо пояснить ниже с помощью схематичных изображений на чертежах, где показано:Proposed by the invention, the laying device must be explained below using schematic images in the drawings, which show:

фиг. 1: вид сбоку сегмента укладочного устройства, снабженного укладочной головкой;FIG. 1: side view of a segment of a stacking device provided with a stacking head;

фиг. 2: изометрическое изображение сегмента укладочного устройства с фиг. 1;FIG. 2: isometric view of a segment of the stacking device of FIG. one;

фиг. 3: укладочное устройство, снабженное роботом с сочлененной рукой.FIG. 3: a stacking device equipped with an articulated robot.

На фиг. 1 показано схематичное изображение сегмента укладочного устройства, у которого укладочная головка 1 посредством шарнира 2 соединена с управляемым блоком 3 позиционирования. С укладочной головкой 1 в настоящем случае соединены два питателя 4 для катушек 5 в качестве средств для предоставления имеющих форму ленточек жгутов 6 упрочняющих волокон, снабженных связующим, привод которых предпочтительно осуществляться посредством серводвигателей. Соединение между укладочной головкой 1 и питателями может осуществляться посредством надлежащих держателей (здесь не изображены).In FIG. 1 shows a schematic illustration of a segment of a stacking device in which the stacking head 1 is connected to the controlled positioning unit 3 by a hinge 2. In this case, two feeders 4 for coils 5 are connected to the laying head 1 as means for providing ribbon-shaped tows 6 of reinforcing fibers provided with a binder, the drive of which is preferably carried out by means of servomotors. The connection between the laying head 1 and the feeders can be carried out by means of appropriate holders (not shown here).

С находящихся на питателях катушек 5 имеющие форму ленточек жгуты 6 упрочняющих волокон, снабженных связующим, разматываются и направляются вокруг расправочного валика 7, который предпочтительно выполнен бочкообразно. Посредством расправочного валика 7 жгуты 6 расправляются и при необходимости растягиваются в ширину. При бочкообразном исполнении расправочного валика 7 может одновременно осуществляться боковое направление жгутов 6.From the coils 5 located on the feeders, the ribbon-shaped strands 6 of reinforcing fibers provided with a binder are unwound and guided around the spreader roller 7, which is preferably barrel-shaped. By means of a straightening roller 7, the strands 6 are straightened and, if necessary, are stretched in width. With a barrel-shaped design of the straightening roller 7, the lateral direction of the harnesses 6 can be simultaneously carried out.

От расправочного валика 7 жгуты 6 подводятся к первому транспортировочному устройству 8, которое в укладочном устройстве на фиг. 1 состоит из пары приводных валиков. При этом нижний валик 9 посредством натяжного устройства 10 прижимается к снабженному резиновым покрытием верхнему валику 11, так чтобы транспортировка жгутов 6 могла осуществляться без проскальзывания.From the straightening roller 7, the harnesses 6 are led to the first conveying device 8, which in the stacking device in FIG. 1 consists of a pair of drive rollers. In this case, the lower roller 9 is pressed by the tensioning device 10 against the upper roller 11 provided with a rubber coating, so that the transportation of the harnesses 6 can be carried out without slipping.

После прохождения через первое транспортировочное устройство 8 жгуты 6 подводятся к устройству 12 продольного разделения, в котором жгуты 6 режутся в направлении их протяженности на части 13 жгутов. Для этого служит система из нескольких вращающихся разделительных дисков 14, к которым разделяемые жгуты 6 прижимаются с определенным усилием посредством двух управляемых по усилию прижимных роликов 15. Полученные в устройстве 12 продольного разделения части 13 жгута подводятся к также выполненному в виде пары приводных валиков второму транспортировочному устройству 16. Путем установки разности скоростей между вторым транспортировочным устройством 16 и первым транспортировочным устройством 8, при которой скорость транспортировки второго транспортировочного устройства 16 устанавливается несколько выше, чем скорость первого транспортировочного устройства 8, может создаваться определенное натяжение жгутов 6 и частей 13 жгута, благодаря чему получается улучшенный результат резания в устройстве 12 продольного разделения.After passing through the first conveying device 8, the bundles 6 are led to a longitudinal separation device 12, in which the bundles 6 are cut in the direction of their length into a portion 13 of the bundles. To do this, a system of several rotating separation discs 14 is used, to which the shared harnesses 6 are pressed with a certain force by means of two pressure-controlled pressure rollers 15. The parts 13 of the harness obtained in the longitudinal separation device 12 are brought to the second conveying device also made as a pair of drive rollers 16. By setting the speed difference between the second conveying device 16 and the first conveying device 8, at which the transportation speed of the second of the transport device 16 is set slightly higher than the speed of the first transport device 8, a certain tension of the bundles 6 and the parts of the bundle 13 can be created, thereby obtaining an improved cutting result in the longitudinal separation device 12.

Нижний валик 17 второго транспортировочного устройства 16 одновременно служит встречным валиком узла 18 поперечного разделения, выполненного в настоящем примере в виде ротационного поперечного резака, включающего в себя ножевой валик 19 и встречный валик 17. В узле 18 поперечного разделения части 13 жгута режутся на пучки упрочняющих волокон или, соответственно, пучки 20 волокон с определенной длиной. Поперечно разделенные пучки 20 волокон забираются с узла поперечного разделения сопловой головкой 21 и по сопловому каналу сопловой головки 21, в который подается сжатый воздух, с повышенной скоростью напыляются на поверхность для изготовления волокнистой заготовки.The lower roller 17 of the second conveying device 16 simultaneously serves as the counter roller of the transverse separation unit 18, made in the present example in the form of a rotary transverse cutter, including the knife roller 19 and the counter roller 17. In the transverse separation unit 18, the tow portions 13 are cut into bundles of reinforcing fibers or, respectively, bundles of 20 fibers with a certain length. The transversely divided bundles 20 of fibers are taken from the transverse separation unit by the nozzle head 21 and, via the nozzle channel of the nozzle head 21, into which compressed air is supplied, are sprayed onto the surface to produce a fiber preform at an increased speed.

На фиг. 2 для пояснения пространственного расположения, в частности, элементов укладочной головки, изображенный на фиг. 1 сегмент укладочного устройства показан на изображении в перспективе, при этом одинаковые ссылочные обозначения на чертежах относятся к одинаковым элементам устройства.In FIG. 2 to explain the spatial arrangement, in particular of the elements of the laying head, shown in FIG. 1, a segment of a stacking device is shown in perspective in the image, with the same reference signs in the drawings refer to the same elements of the device.

На фиг. 3 показан один из вариантов осуществления предлагаемого изобретением в предлагаемом изобретением способе устройства, снабженного находящимся на цоколе 22 машины роботом 23 с сочлененной рукой, на конце которого посредством шарнира 24 смонтирована укладочная головка 1, и посредством которого укладочная головка может двигаться по нескольким осям относительно поверхности 25 фасонного тела, используемого для изготовления волокнистой заготовки. При этом пучки 20 волокон, полученные на укладочной головке 1 посредством устройства 12 продольного разделения и узла 18 поперечного разделения и вынесенные через сопловую головку 21, соответственно требованиям структуры изготавливаемой волокнистой заготовки или соответственно изготавливаемого из нее конструктивного элемента из композитного материала напыляются на поверхность 25 по определенным траекториям.In FIG. 3 shows one embodiment of a method of the invention according to the invention, equipped with a robot 23 with an articulated arm located on the machine base 22, at the end of which a laying head 1 is mounted by a hinge 24, and by means of which the laying head can move along several axes relative to the surface 25 a shaped body used to make a fiber preform. In this case, the fiber bundles 20 obtained on the laying head 1 by means of the longitudinal separation device 12 and the transverse separation unit 18 and carried out through the nozzle head 21, are sprayed onto the surface 25 according to certain requirements according to the structure requirements of the manufactured fiber billet or correspondingly made structural element from composite material trajectories.

Claims (29)

1. Способ изготовления волокнистой заготовки путем укладки пучков упрочняющих волокон на поверхность и/или на уложенные на поверхность пучки упрочняющих волокон, включающий этапы:1. A method of manufacturing a fiber preform by laying bundles of reinforcing fibers on the surface and / or on bundles of reinforcing fibers laid on the surface, comprising the steps of: - подвод по меньшей мере одного бесконечного, имеющего форму ленточки жгута упрочняющих волокон, снабженных связующим, с питателя к укладочной головке, причем указанный по меньшей мере один жгут имеет ширину жгута по меньшей мере 5 мм и концентрацию связующего в пределах от 2 до 70 вес. % относительно веса имеющего форму ленточки жгута,- the supply of at least one endless ribbon-shaped tow of reinforcing fibers provided with a binder from the feeder to the laying head, said at least one tow having a tow width of at least 5 mm and a binder concentration in the range of 2 to 70 weight. % relative to the weight of the ribbon-shaped tow, - расправление указанного по меньшей мере одного бесконечного, имеющего форму ленточки жгута в расположенном на укладочной головке расправочном узле и транспортировка указанного по меньшей мере одного жгута в направлении транспортировки посредством расположенного на укладочной головке первого транспортировочного устройства к расположенному на укладочной головке устройству продольного разделения,- straightening said at least one endless ribbon-shaped tow in a spacer assembly located on the stacking head and transporting said at least one tow in the transport direction by means of the first transport device located on the stacking head to the longitudinal separation device located on the stacking head, - при стабилизации указанного по меньшей мере одного жгута в направлении поперек к направлению транспортировки,- when stabilizing the specified at least one harness in the direction transverse to the direction of transportation, - разрезание указанного по меньшей мере одного жгута в устройстве продольного разделения по его продольной протяженности посредством по меньшей мере одного разделительного элемента на две или более частей жгута,- cutting said at least one tow in a longitudinal separation device along its longitudinal extent by means of at least one dividing element into two or more parts of the tow, - транспортировка частей жгута в направлении транспортировки посредством расположенного на укладочной головке второго транспортировочного устройства к расположенному на укладочной головке узлу поперечного разделения,- transporting the parts of the tow in the transport direction by means of the second transport device located on the stacking head to the transverse separation unit located on the stacking head, - разрезание частей жгута посредством узла поперечного разделения на пучки упрочняющих волокон определенной длины, и- cutting the parts of the tow by means of a transverse separation unit into bundles of reinforcing fibers of a certain length, and – укладка пучков упрочняющих волокон на поверхность и/или на уложенные на поверхность пучки упрочняющих волокон и фиксация пучков упрочняющих волокон на поверхности и/или на уложенных на поверхность пучках упрочняющих волокон для образования волокнистой заготовки, при этом между укладочной головкой и поверхностью устанавливается относительное движение для укладки пучков упрочняющих волокон на поверхность с учетом нагрузки.- laying the bundles of reinforcing fibers on the surface and / or on the bundles of reinforcing fibers laid on the surface and fixing the bundles of reinforcing fibers on the surface and / or on the bundles of reinforcing fibers laid on the surface to form a fiber preform, while a relative movement is established between the laying head and the surface for laying bundles of reinforcing fibers on the surface, taking into account the load. 2. Способ изготовления волокнистой заготовки по п. 1, отличающийся тем, что указанный по меньшей мере один жгут представляет собой филаментную нить, имеющую количество филаментов по меньшей мере 12000.2. A method of manufacturing a fibrous preform according to claim 1, characterized in that said at least one bundle is a filament yarn having at least 12,000 filaments. 3. Способ изготовления волокнистой заготовки по п. 1 или 2, отличающийся тем, что указанный по меньшей мере один жгут представляет собой предварительно пропитанную филаментную нить, а связующее состоит из композиции первой и второй смолы, при этом филаменты филаментной нити пропитаны композицией первой смолы и по меньшей мере частично соединены посредством этой композиции первой смолы, причем эта композиция первой смолы содержит по меньшей мере две бисфенол A эпихлоргидрин-смолы H1 и H2 в весовом соотношении H1:H2 от 1,1 до 1,4, при этом H1 имеет эпоксидное число от 1850 до 2400 ммоль/кг, средний молекулярный вес MN от 800 до 1000 г/моль и является твердой при комнатной температуре, а H2 имеет эпоксидное число от 5000 до 5600 ммоль/кг, средний молекулярный вес MN < 700 г/моль и является жидкой при комнатной температуре, и, кроме того, содержит ароматический полигидроксиэфир P1, который имеет кислотное число от 40 до 55 мг КОН/г и средний молекулярный вес MN от 4000 до 5000 г/моль, и при этом предварительно пропитанная филаментная нить на своей наружной стороне имеет композицию второй смолы в виде прилипающих к филаментам частиц или капель, причем эта композиция второй смолы является твердой при комнатной температуре, имеет температуру плавления в пределах от 80 до 150°C и имеется на наружной стороне нити в концентрации от 0,5 до 10 вес. % относительно общего веса предварительно пропитанной филаментной нити, и при этом по меньшей мере 50% площади наружной стороны нити свободно от композиции второй смолы, и внутри нить свободна от композиции второй смолы.3. A method of manufacturing a fibrous preform according to claim 1 or 2, characterized in that said at least one strand is a pre-impregnated filament, and the binder consists of a composition of the first and second resin, wherein the filament of the filament is impregnated with the composition of the first resin and at least partially connected by means of this composition of the first resin, and this composition of the first resin contains at least two bisphenol A epichlorohydrin-resins H1 and H2 in a weight ratio of H1: H2 from 1.1 to 1.4, while H1 has an epo the acid number is from 1850 to 2400 mmol / kg, the average molecular weight M N is from 800 to 1000 g / mol and is solid at room temperature, and H2 has an epoxy number from 5000 to 5600 mmol / kg, the average molecular weight M N <700 g / mol and is liquid at room temperature, and, in addition, contains an aromatic polyhydroxy ester P1, which has an acid number of from 40 to 55 mg KOH / g and an average molecular weight M N of from 4000 to 5000 g / mol, and pre-impregnated with it the filament on its outer side has a second resin composition in the form of adhering to fil cops particles or droplets, and this second resin composition is solid at room temperature, has a melting point in the range from 80 to 150 ° C and has a thread on an outer side in a concentration of from 0.5 to 10 wt. % relative to the total weight of the pre-impregnated filament yarn, and at least 50% of the outer side of the yarn is free of the second resin composition, and inside the yarn is free of the second resin composition. 4. Способ изготовления волокнистой заготовки по п. 2, отличающийся тем, что связующее присутствует в концентрации в пределах от 2 до 14 вес. % относительно общего веса снабженной связующим филаментной нити.4. A method of manufacturing a fiber preform according to claim 2, characterized in that the binder is present in a concentration in the range from 2 to 14 weight. % relative to the total weight of the binder filament. 5. Способ изготовления волокнистой заготовки по п. 1, отличающийся тем, что указанный по меньшей мере один жгут представляет собой препрег, имеющий однонаправленно расположенные в направлении протяженности жгута упрочняющие волокна.5. A method of manufacturing a fiber preform according to claim 1, characterized in that said at least one strand is a prepreg having reinforcing fibers unidirectionally arranged in the direction of the length of the bundle. 6. Способ изготовления волокнистой заготовки по п. 5, отличающийся тем, что связующее присутствует в концентрации в пределах от 15 до 70 вес. % относительно отнесенного к единице площади веса препрега.6. A method of manufacturing a fiber preform according to claim 5, characterized in that the binder is present in a concentration ranging from 15 to 70 weight. % relative to the unit area of the weight of the prepreg. 7. Способ изготовления волокнистой заготовки по п. 1, отличающийся тем, что указанный по меньшей мере один жгут в устройстве продольного разделения разрезают более чем на две части жгута.7. A method of manufacturing a fiber preform according to claim 1, characterized in that said at least one tow in the longitudinal separation device is cut into more than two parts of the tow. 8. Способ изготовления волокнистой заготовки по п. 1, отличающийся тем, что указанный по меньшей мере один жгут имеет отношение ширины к толщине, равное по меньшей мере 20.8. A method of manufacturing a fiber preform according to claim 1, characterized in that said at least one strand has a width to thickness ratio of at least 20. 9. Способ изготовления волокнистой заготовки по п. 1, отличающийся тем, что ширина частей жгута находится в пределах от 0,5 до 5 мм.9. A method of manufacturing a fiber preform according to claim 1, characterized in that the width of the parts of the tow is in the range from 0.5 to 5 mm. 10. Способ изготовления волокнистой заготовки по п. 1, отличающийся тем, что нарезанные посредством узла поперечного разделения пучки волокон имеют длину в пределах от 10 до 100 мм.10. A method of manufacturing a fiber preform according to claim 1, characterized in that the bundles of fibers cut by means of a transverse separation unit have a length ranging from 10 to 100 mm. 11. Способ изготовления волокнистой заготовки по п. 1, отличающийся тем, что несколько жгутов упрочняющих волокон, снабженных связующим, подводят к укладочной головке, причем эти несколько жгутов могут быть одинаковыми или различными.11. A method of manufacturing a fibrous preform according to claim 1, characterized in that several plaits of reinforcing fibers provided with a binder, lead to the laying head, and these several plaits can be the same or different. 12. Способ изготовления волокнистой заготовки по п. 1, отличающийся тем, что укладочная головка соединена с регулируемым узлом позиционирования, посредством которого укладочная головка движется относительно поверхности.12. A method of manufacturing a fiber preform according to claim 1, characterized in that the laying head is connected to an adjustable positioning unit, by which the laying head moves relative to the surface. 13. Способ изготовления волокнистой заготовки по п. 1, отличающийся тем, что пучки волокон после узла поперечного разделения и перед укладкой на поверхность и/или на уложенные на поверхность пучки упрочняющих волокон нагревают.13. A method of manufacturing a fibrous preform according to claim 1, characterized in that the bundles of fibers after the transverse separation unit and before laying on the surface and / or on the bundles of reinforcing fibers laid on the surface are heated. 14. Способ изготовления волокнистой заготовки по п. 1, отличающийся тем, что пучки волокон через сопловой канал сопловой головки, в которую подается сжатый воздух, отводят от узла поперечного разделения.14. A method of manufacturing a fibrous preform according to claim 1, characterized in that the fiber bundles through the nozzle channel of the nozzle head into which compressed air is supplied are diverted from the transverse separation unit. 15. Способ изготовления волокнистой заготовки по п. 1, отличающийся тем, что вместе с пучками волокон матричный материал в виде частиц или капелек напыляется на поверхность и/или на уложенные на поверхность пучки упрочняющих волокон.15. A method of manufacturing a fiber preform according to claim 1, characterized in that, together with the fiber bundles, a matrix material in the form of particles or droplets is sprayed onto the surface and / or on the surface-reinforced fiber bundles. 16. Способ изготовления волокнистой заготовки по п. 15, отличающийся тем, что в сопловой канал вносят матричный материал в виде частиц, который вместе с пучками волокон напыляют на поверхность и/или на уложенные на поверхность пучки упрочняющих волокон.16. A method of manufacturing a fiber preform according to claim 15, characterized in that a matrix material in the form of particles is introduced into the nozzle channel, which, together with bundles of fibers, is sprayed onto the surface and / or bundles of reinforcing fibers laid on the surface. 17. Способ изготовления волокнистой заготовки по п. 1, отличающийся тем, что за этапом укладки пучков упрочняющих волокон следует этап компактирования, на котором уложенные пучки упрочняющих волокон уплотняются для достижения более высокой объемной доли волокон.17. A method of manufacturing a fiber preform according to claim 1, characterized in that the step of laying the bundles of reinforcing fibers is followed by a compacting step in which the stacked bundles of reinforcing fibers are compacted to achieve a higher volume fraction of fibers. 18. Способ изготовления конструктивного элемента из волокнистого композитного материала с использованием волокнистой заготовки, изготовленной по одному или нескольким из пп. 1-17, включающий этапы:18. A method of manufacturing a structural element from a fibrous composite material using a fiber preform made according to one or more of claims. 1-17, comprising the steps of: - ввод волокнистой заготовки в формообразующее устройство;- input of the fibrous preform into the forming device; - подача на волокнистую заготовку давления или вакуума и/или повышенной температуры для образования конструктивного элемента из волокнистого композитного материала;- applying pressure or vacuum and / or elevated temperature to the fiber preform to form a structural member from the fibrous composite material; - охлаждение конструктивного элемента из волокнистого композитного материала;- cooling of a structural element of a fibrous composite material; - извлечение конструктивного элемента из волокнистого композитного материала из формообразующего устройства.- removing the structural element from the fibrous composite material from the forming device.
RU2015116163A 2012-11-05 2013-10-11 Method for fibrous blank manufacturing RU2632298C2 (en)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP12191274.5 2012-11-05
EP12191274.5A EP2727693B1 (en) 2012-11-05 2012-11-05 Method for manufacturing fibre preforms
PCT/EP2013/071259 WO2014067763A1 (en) 2012-11-05 2013-10-11 Method for producing fibre preforms

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2015116163A RU2015116163A (en) 2016-12-27
RU2632298C2 true RU2632298C2 (en) 2017-10-03

Family

ID=47216098

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2015116163A RU2632298C2 (en) 2012-11-05 2013-10-11 Method for fibrous blank manufacturing

Country Status (14)

Country Link
US (1) US10059042B2 (en)
EP (1) EP2727693B1 (en)
JP (1) JP6195933B2 (en)
KR (1) KR102091993B1 (en)
CN (1) CN104768725B (en)
AR (1) AR093349A1 (en)
AU (1) AU2013339697B2 (en)
BR (1) BR112015008233B1 (en)
CA (1) CA2888951C (en)
ES (1) ES2531582T3 (en)
PL (1) PL2727693T3 (en)
RU (1) RU2632298C2 (en)
TW (1) TWI597155B (en)
WO (1) WO2014067763A1 (en)

Families Citing this family (21)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
PL2727693T3 (en) * 2012-11-05 2015-05-29 Toho Tenax Europe Gmbh Method for manufacturing fibre preforms
EP2962604B1 (en) * 2014-07-04 2017-09-06 Schukra Gerätebau GmbH Apparatus and method of producing a seat cushion body
US10099435B2 (en) * 2015-06-04 2018-10-16 Ford Global Technologies, Llc Method of splitting fiber tows
EP3321054B1 (en) 2015-07-07 2020-08-19 Mitsubishi Chemical Corporation Method and apparatus for manufacturing fiber-reinforced resin molding material
EP3153307B1 (en) * 2015-10-05 2020-12-02 Airbus Defence and Space GmbH Generating a fibre compound by layers
EP3395526B1 (en) 2015-12-25 2021-03-03 Mitsubishi Chemical Corporation Method for manufacturing fiber-reinforced resin molding material, and device for manufacturing fiber-reinforced resin molding material
EP3431242B1 (en) * 2016-03-15 2023-09-20 Toray Industries, Inc. Fiber-reinforced resin molding material and production method therefor
US11001012B2 (en) * 2016-03-16 2021-05-11 Toray Industries, Inc. Molded article of fiber-reinforced resin and compression molding method therefor
FI127347B (en) 2016-04-07 2018-04-13 Aalto Korkeakoulusaeaetioe Arrangements for stretching and cutting a band in the manufacture of fiber-reinforced plastics
RU2656317C1 (en) * 2017-03-27 2018-06-04 Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство промышленности и торговли Российской Федерации (Минпромторг России) Method of making details of fiber polymer composite material
US20200340544A1 (en) 2017-10-30 2020-10-29 Teijin Carbon Europe Gmbh Component for absorbing impact force
EP3778166A4 (en) * 2018-04-04 2021-05-05 Mitsubishi Chemical Corporation Method for preparing fiber-reinforced resin molding material, and apparatus for preparing fiber-reinforced resin molding material
CN109822938B (en) * 2019-02-20 2021-09-21 长春理工大学 Laser hot-pressing laying forming device for thermoplastic composite material plate
AU2020259652A1 (en) 2019-04-18 2021-11-11 Teijin Carbon Europe Gmbh Wedge filler preform
CN113165222A (en) 2019-05-14 2021-07-23 空中客车营运有限公司 Aircraft panel assembly
EP4081396A4 (en) * 2020-03-06 2024-03-27 Galactic Co Llc Shaped composite vehicle skins and method for high rate manufacturing of same
JP2023545353A (en) * 2020-09-03 2023-10-30 フィブ・マシニング・システムズ,インコーポレーテッド Automatic threading fiber placement head
US11135787B1 (en) 2020-09-17 2021-10-05 Fives Machining Systems, Inc. Automatically-threading fiber placement head
CN114589939A (en) * 2020-12-03 2022-06-07 杨景森 Processing equipment and method for manufacturing composite material structure by using mechanical arm
CN112706341A (en) * 2020-12-29 2021-04-27 卢吉武 Extrusion type toy plastic hammer manufacturing device
US11872775B2 (en) 2021-05-21 2024-01-16 Fives Machining Systems, Inc. Fiber placement head with augmented restart

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3810805A (en) * 1972-04-14 1974-05-14 Goldsworthy Eng Inc Geodesic path length compensator for composite-tape placement head
RU2052353C1 (en) * 1989-12-06 1996-01-20 Е.И.Дюпон Де Немур Энд Компани Method of placement of long-cut ribbon onto surface along deviating trajectory
US5866253A (en) * 1996-08-19 1999-02-02 Isorca, Inc. Synthetic reinforcing strands with spaced filaments
US6251185B1 (en) * 1999-04-02 2001-06-26 Molded Fiber Glass Companies System for delivering chopped fiberglass strands to a preform screen
JP2008254191A (en) * 2007-03-30 2008-10-23 Honda Motor Co Ltd Carbon fiber composite material manufacturing apparatus, carbon fiber composite material manufacturing method and carbon fiber composite material

Family Cites Families (54)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3011257A (en) 1960-01-21 1961-12-05 Masco Corp Fiber breaking and directing machines
US3939532A (en) * 1972-05-15 1976-02-24 Conwed Corporation Manufacture of fibrous web structures
US3969171A (en) * 1972-03-10 1976-07-13 Owens-Corning Fiberglas Corporation Fibrous bodies and method and apparatus for producing same
US4007075A (en) * 1973-12-10 1977-02-08 Cascade Pole Company Method of making a fiberglass pole
US5022952A (en) * 1985-12-13 1991-06-11 Cincinnati Milacron Inc. Fiber placement machine
US5487853A (en) * 1990-07-12 1996-01-30 The C. A. Lawton Company Energetic stitching for complex preforms
US5192387A (en) * 1990-11-05 1993-03-09 The C.A. Lawton Company Method of making preforms
US5154968A (en) * 1990-12-05 1992-10-13 Leucadia, Inc. Molded dimensional product made from fibrous materials
US5093059A (en) * 1991-01-18 1992-03-03 Shell Oil Company Method for the transport of a homogeneous mixture of chopped fibers
US6030575A (en) 1991-10-21 2000-02-29 The Dow Chemical Company Method for making preforms
JPH05147028A (en) * 1991-10-22 1993-06-15 Yanmaa Zosen Kk Base material for frp molding and method for molding frp
US5217672A (en) * 1992-08-06 1993-06-08 Davidson Textron Inc. Preform forming and curing process and an apparatus for the process
MX9305787A (en) * 1992-09-22 1994-05-31 Schuller Int Inc FIBERGLASS LINK COMPOSITION CONTAINING THE LATEX ELASTOMER AND METHOD TO REDUCE FALLING OF FIBERGLASS COMPOSITIONS.
US5336455A (en) * 1992-10-08 1994-08-09 Davidson Textron Inc. Method of adding shredded structural reinforced injected molded plastic to a preform
US5536341A (en) * 1994-09-01 1996-07-16 Davidson Textron Inc. Soft panel with thermoplastic fiber cluster layer
US6113818A (en) * 1997-11-24 2000-09-05 Owens Corning Fiberglas Technology, Inc. Method and apparatus for integrating organic fibers with mineral fibers
US6029897A (en) * 1998-03-19 2000-02-29 N.V. Owens-Corning S.A. Method of dispensing chopped reinforcement strand using a vortex nozzle
JPH11268144A (en) * 1998-03-24 1999-10-05 Sekisui Chem Co Ltd Resin sprayer
US6153144A (en) * 1998-10-08 2000-11-28 Lear-Donnelly Overhead Systems, L.L.C. Method of making a part using selective particulate deposition
FR2784930B1 (en) * 1998-10-23 2007-09-28 Vetrotex France Sa HOLLOW REVOLUTION BODY OF COMPOSITE MATERIAL AND METHOD OF MANUFACTURING THE SAME
NL1012286C2 (en) 1998-11-27 2000-05-30 Willem Frans Van Der Mast Method and device for cutting fibers.
DE19930506A1 (en) 1999-07-04 2001-01-18 Bertram Haak Protective sleeve
KR100347855B1 (en) * 2000-01-24 2002-08-09 주식회사 한국화이바 Glass fiber mat
US6558146B1 (en) * 2000-10-10 2003-05-06 Delphi Technologies, Inc. Extrusion deposition molding with in-line compounding of reinforcing fibers
NL1017098C2 (en) 2001-01-12 2002-07-15 Willem Frans Van Der Mast Method and device for cutting fibers.
US20050161861A1 (en) * 2003-09-26 2005-07-28 Brunswick Corporation Apparatus and method for making preforms in mold
NL1025607C2 (en) 2004-03-01 2005-09-05 Willem Frans Van Der Mast Method and device for cutting fibers into short pieces.
EP1737633B1 (en) 2004-03-31 2012-07-25 Toho Tenax Europe GmbH Epoxy resin impregnated yarn and the use thereof for producing a preform
US7198739B2 (en) * 2004-05-25 2007-04-03 Honeywell International Inc. Manufacture of thick preform composites via multiple pre-shaped fabric mat layers
US7063870B2 (en) * 2004-05-25 2006-06-20 Honeywell International Inc. Manufacture of functionally graded carbon-carbon composites
WO2007001421A1 (en) * 2004-10-22 2007-01-04 Metal Matrix Cast Composites, Llc Spray deposition apparatus and methods for metal matrix composites
FR2882681B1 (en) * 2005-03-03 2009-11-20 Coriolis Composites FIBER APPLICATION HEAD AND CORRESPONDING MACHINE
EP1994213B1 (en) 2006-03-03 2015-08-12 Toho Tenax Europe GmbH Method of fabrication of reinforced structures
FR2899146B1 (en) * 2006-03-28 2008-05-16 Materials Technics Holding Sa PROCESS FOR PRODUCING A REINFORCED AND REINFORCABLE COMPOSITE SEMI-PRODUCT
CN101501556A (en) * 2006-06-22 2009-08-05 诺基亚公司 Glass fibre reinforced plastic substrate
EP2351880B1 (en) 2006-08-29 2013-07-03 Schmidt & Heinzmann GmbH & Co. KG Converter
FR2912680B1 (en) * 2007-02-21 2009-04-24 Coriolis Composites Sa METHOD AND DEVICE FOR MANUFACTURING PARTS OF COMPOSITE MATERIAL, IN PARTICULAR AIRBORNE FUSELAGE STRINGS
DE102009045574A1 (en) 2009-10-12 2011-04-14 Robert Bosch Gmbh Two internal gear pump
DE102009049668A1 (en) 2009-10-16 2011-04-21 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Laying head and method for the controlled deposition of deflected fiber strands
DK2314445T3 (en) * 2009-10-20 2018-06-06 Vestas Wind Sys As A method of making a composite body and a device for making a composite body
JP5293629B2 (en) * 2010-02-02 2013-09-18 東レ株式会社 Epoxy resin composition for tow prepreg and tow prepreg
US9945057B2 (en) * 2010-02-17 2018-04-17 Johns Manville Method of making fibrous products and products
DE202010017556U1 (en) 2010-09-16 2012-01-30 Schmidt & Heinzmann Gmbh & Co. Kg Fiber cutter
WO2012072405A1 (en) 2010-12-02 2012-06-07 Toho Tenax Europe Gmbh Uni-directional fibre preform having slivers and consisting of reinforcing fibre bundles, and a composite material component
US20120244337A1 (en) * 2011-03-23 2012-09-27 Owens Corning Intellectual Capital, Llc Fiberized thermoset binder and method of using
FR2975335B1 (en) * 2011-05-20 2013-05-17 Coriolis Composites Attn Olivier Bouroullec FIBER APPLICATION MACHINE WITH FLEXIBLE FIBER DELIVERY TUBES WITH FLEXIBLE BLADES
TWI565844B (en) 2011-07-29 2017-01-11 東邦特耐克絲歐洲股份有限公司 Flexible reinforcing fiber yarn pre-impregnated with resin
US9169351B2 (en) * 2011-12-22 2015-10-27 Johns Manville Methods for making reinforced thermoplastic composites
US20130292863A1 (en) * 2012-05-03 2013-11-07 Georgia-Pacific Chemicals Llc Methods and systems for adjusting the composition of a binder system for use in making fiberglass products
EP2695982A1 (en) * 2012-08-06 2014-02-12 Oskar Dilo Maschinenfabrik KG Device and method for equalizing or providing a profile to a mat of flocked fibers
PL2727694T3 (en) * 2012-11-05 2015-04-30 Toho Tenax Europe Gmbh Deposition device for controlled lowering of reinforcement fibre bundles
PL2727693T3 (en) * 2012-11-05 2015-05-29 Toho Tenax Europe Gmbh Method for manufacturing fibre preforms
US9909253B2 (en) * 2013-06-26 2018-03-06 Teijin Limited Random mat, shaped product of fiber reinforced composite material, and carbon fiber mat
US20150258762A1 (en) * 2014-03-14 2015-09-17 Teijin Limited Method of Producing Isotropic Random Mat for Forming Thermoplastic Composite Material

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3810805A (en) * 1972-04-14 1974-05-14 Goldsworthy Eng Inc Geodesic path length compensator for composite-tape placement head
RU2052353C1 (en) * 1989-12-06 1996-01-20 Е.И.Дюпон Де Немур Энд Компани Method of placement of long-cut ribbon onto surface along deviating trajectory
US5866253A (en) * 1996-08-19 1999-02-02 Isorca, Inc. Synthetic reinforcing strands with spaced filaments
US6251185B1 (en) * 1999-04-02 2001-06-26 Molded Fiber Glass Companies System for delivering chopped fiberglass strands to a preform screen
JP2008254191A (en) * 2007-03-30 2008-10-23 Honda Motor Co Ltd Carbon fiber composite material manufacturing apparatus, carbon fiber composite material manufacturing method and carbon fiber composite material

Also Published As

Publication number Publication date
JP2015534914A (en) 2015-12-07
CN104768725A (en) 2015-07-08
PL2727693T3 (en) 2015-05-29
AR093349A1 (en) 2015-06-03
BR112015008233A2 (en) 2017-07-04
ES2531582T3 (en) 2015-03-17
EP2727693A1 (en) 2014-05-07
CA2888951A1 (en) 2014-05-08
US10059042B2 (en) 2018-08-28
TWI597155B (en) 2017-09-01
RU2015116163A (en) 2016-12-27
AU2013339697A1 (en) 2015-04-23
JP6195933B2 (en) 2017-09-13
CN104768725B (en) 2016-11-23
CA2888951C (en) 2020-10-27
US20150273736A1 (en) 2015-10-01
KR102091993B1 (en) 2020-03-23
TW201429694A (en) 2014-08-01
WO2014067763A1 (en) 2014-05-08
EP2727693B1 (en) 2015-01-14
BR112015008233B1 (en) 2021-07-20
AU2013339697B2 (en) 2017-07-06
KR20150081277A (en) 2015-07-13

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2632298C2 (en) Method for fibrous blank manufacturing
US9931810B2 (en) Intermediate material of constant width for fabricating composite parts by a direct process
CA2680470A1 (en) Method and device for producing a preform for a fibre composite structure suitable for power flows
US10894341B2 (en) Method for producing preforms with application of a binder to dry fiber, and corresponding machine
CA2781848A1 (en) Method for the continuous production of laid staple fiber fabrics from finitely long reinforcing fibers with aligned fiber orientation
CA2254992C (en) Method for dispensing resinated reinforcement fibers
RU2632300C2 (en) Loading device for controlled stacking of beams of fitting fibers
WO2021187346A1 (en) Smc manufacturing method
JP6773397B2 (en) Polymer nanoparticles for controlling permeability and fiber volume fraction in composites